JP2016502685A - 電磁放射の合成のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、２つ以上のスペクトル成分を含むスペクトルを有する電磁放射が発生され、電磁放射の位相設定が実施される、電磁放射の合成のための方法に関する。本発明は位相設定が、スペクトル成分の相対位相関係が事前決定可能である、電磁放射のスペクトル成分の位相シフトを含むことを提案する。さらに、本発明は電磁放射の合成のための装置に関し、装置は、一連の時間的に等間隔の光パルスを発生するパルスレーザ（１）を有し、パルスレーザ（１）の電磁放射のスペクトルは、オフセット周波数及び繰り返し周波数を特徴とする、光周波数コムのスペクトルである。さらに、装置はパルスレーザ（１）の電磁放射の位相設定を実施する位相設定器（５）を有する。本発明によれば、光周波数コムのスペクトル線のオフセット周波数は位相設定器（５）を用いる時間比例位相設定によって調節可能である。

Description

本発明は電磁放射の合成のための方法に関し、方法は、
−そのスペクトルが複数のスペクトル成分を含む電磁放射を発生する工程、
−電磁放射の位相を設定する工程、
を有してなる。さらに、本発明は電磁放射の合成のための装置に関し、装置は、
−そのスペクトルが複数のスペクトル成分を含む電磁放射を発生する光源、
−光源の電磁放射の位相設定を行う位相設定器、
を備える。

モードロックレーザを用いて一連の短い光パルスを発生することができる。したがって、周波数が異なる複数の固有振動がレーザの共振器内内に誘起される。これらの固有振動はモードとも称される。それぞれのモードは発生される電磁放射のスペクトル内のスペクトル成分を表す。適する機構により、モード間に固定位相関係が確立され得る。これはモード同期またはモードロックとも称される。モードロックのため、光パルスの放射はレーザ共振器内のレーザパルスの往復時間に対応する時間間隔をおいておこる。光パルスの等時間間隔から直接に、電磁放射のスペクトルが等間隔のスペクトル線を有するという結果が得られる。そのようなスペクトルは光周波数コムとも称される。光周波数コムの特徴は繰り返し周波数、すなわち共振器内の光パルスの往復時間の逆数値、及びオフセット周波数で表される。オフセット周波数はＣＥＯ（キャリアエンベロープオフセット）とも称される。光周波数コムの個々のスペクトル線の周波数は繰り返し周波数の非整数倍である。周波数コムの指数がｉのスペクトル線の周波数ｆ_ｉに対して、ｆ_ｉ＝ｆ_ＣＥＯ＋ｉΔｆが成立する。ここで、ｆ_ＣＥＯは上記のオフセット周波数である。Δｆは周波数コム内のスペクトル線の間隔、すなわち繰り返し周波数である。オフセット周波数は光パルスの群速度がレーザの共振器内の重畳するモードの位相速度と異なるという事実によって生じる。オフセット周波数の大きさは環境の影響、例えば、温度に依存するが、レーザのポンプ効率、等にも依存する。この結果、オフセット周波数は時間的に不安定である。

オフセット周波数を決定するため及び適切な制御によってオフセット周波数を安定化するための様々な手法が従来技術で知られている。例えば、特許文献１は光パルスを発生するための方法及びデバイスを、また光周波数の合成へのそれらの応用も、説明している。従来技術の手法によれば、レーザの共振器にあらかじめ定められた線形分散を導入することによってそれぞれのモードがスペクトル上で特定の改変を受ける。これを基にして、群速度及び位相速度を調節することができる、分散及び共振器長の同時調節の制御が提案される。分散の調節は、例えば、共振器のビーム経路に線形分散素子（例えばガラスウエッジ）を挿入することで達成される。あるいは、共振器は旋回可能な端面ミラーを有することができる。これらの手段の欠点は、分散のそれぞれの改変には共振器内の光路長の改変、すなわち、共振器往復時間の改変、したがって周波数コムのスペクトル線の線間隔の改変が不可避的にともなうことである。このため、第２の制御、例えば、共振器長の制御が必要になる。したがって、従来技術の方法及び／または従来技術のデバイスによれば、一方ではオフセット周波数を、他方では繰り返し周波数を、安定化するために相互に影響を与える少なくとも２つの制御ループがある。従来技術の手法にともなう特定の欠点は、レーザの共振器内のコンポーネントの所要の機械的移動の結果、達成可能な制御帯域幅が数ｋＨｚに制限されることである。レーザのポンプ効率を変えることで従来技術の方法及び／または従来技術のデバイスによる一層高速な制御を達成することができるが、これにより光パルスのピーク性能レートが、対応する望ましくない強度振動及び望ましくない非線形効果をともない得る、影響を受ける。

レーザ共振器の外側に配置された音響光学変調器によって周波数コムの全スペクトル線の周波数シフトが可能になる、自己参照光周波数コムを発生するための方法及びデバイスが特許文献２から知られている。これを基にして、周波数コムの安定化が実施される。この従来技術の手法は、共振器の外側に配置された音響光学変調器によるオフセット周波数の制御が±１ＭＨｚの狭い制御範囲でしか可能ではないという欠点を有する。オフセット周波数のドリフトが１ＭＨｚより大きくなると、追加の低速制御素子がやはり必要になる。

独国特許出願公開第１９９１１１０３Ａ１号明細書 国際公開第２０１０／０６３０５１Ａ１号パンフレット

本発明の課題は、上記技術的背景に対し、電磁放射の合成のための改善された方法及び／または改善されたデバイスを提供することである。

本発明は、初めに説明した部類の方法を位相設定が電磁放射のスペクトル成分のいくつかの、これらのスペクトル成分の相対位相関係があらかじめ定めることができる、好ましくは安定な、推移を示す位相シフトを含むような態様で用いて、上記課題を達成する。

本発明にしたがえば、（例えば、動作周波数を含む）電磁放射の少なくとも１つのスペクトル成分の位相をシフトさせることができ、この位相シフトは定められた事前決定可能な態様で別のスペクトルに影響を与える。特に、位相シフトの周波数依存性は、位相シフトに利用される単一分散素子（例えば、電気光学変調器）の確定的に事前決定された分散推移には依存しないが−与えられる応用事例に依存して−相互に異なり得る。この結果、電磁放射の合成における数多くの応用に対して有益である、フレキシビリティが得られる。他方で、相対位相関係の絶対的に自由な事前決定可能性は本発明の意味において必要ではない。言い換えれば、本発明の意味における相対位相関係の事前決定可能性は、位相シフトが当該応用に適合された態様で周波数選択的に実施されることを意味する。

本発明の意味において相対位相関係は、特に位相設定が電磁放射のスペクトル成分の少なくともいくつかの位相シフトを生じさせ、関わるスペクトルコンポーネントの位相関係の大半は変化しないままである場合に、事前決定可能である。本発明の一態様は、例えば、パルスレーザによって発生された電磁放射の位相設定を実施し、位相設定は周波数コムの全スペクトル線（または一群のスペクトル線）が同じ位相設定、すなわち周波数無依存位相シフトを受けるような態様で実施される。

本発明はスペクトル成分の少なくとも１つの周波数の時間比例位相設定による設定を可能にする。特に、周波数は制御変数に依存して実施される位相設定によって制御することができる。制御変数は位相設定された電磁放射からコントローラによって適宜に導出される。この態様において、周波数に関して制御された、すなわち安定化された、電磁放射を発生するために用いることができる、閉制御ループが形成される。

光周波数コムに関しては、位相を時間比例シフトさせ、同時に繰り返し周波数をほとんど一定に維持することにより、本発明の方法でオフセット周波数を調節することができる。オフセット周波数を調節するため、位相シフトを、対応する光パルス列に関して、２πの倍数を法として実施でき、同時に、暗時、すなわちパルス休止中に、光位相に影響を与えずに位相後退を実施できることが有利である。

本発明の手法は、オフセット周波数を制御することで安定化された周波数の発生を可能にし、（時間比例）位相シフトが制御変数である、という点で有利である。この目的のため。制御変数は、例えば、位相設定された電磁放射からｆ−２ｆ干渉計を用いる、すなわち、位相設定器の出力においてｆ−２ｆ干渉計を用いる、実際に知られている態様で確立することができる。ｆ−２ｆ干渉計において、位相設定器の出力における電磁放射の一部が、周波数コムの低周波数スペクトル線の二次高調波を発生するため及びこの二次高調波を周波数コムの高周波スペクトル線と干渉させるために非線形光学過程が用いられる、干渉計に導き入れられる。この態様において、その周波数がオフセット周波数に等価であるビート信号が発生され得る。オフセット周波数は無線周波数範囲内にある。次いで、オフセット周波数の制御を、例えば、適する基準信号を用いる、従来の位相制御ループを用いて行うことができる。

特許文献１に開示されている手法と比較すると、本発明の解決法は位相設定が電磁放射を発生するために用いられるパルスレーザの光共振器の外側で完全に実施され得るという欠点を有する。したがって、共振器への干渉性介入は必要ではない。特許文献２に説明されている解決法と比較すると、本発明の解決法は位相設定及び／または周波数設定におけるかなり大きなハブの可能性という利点をもたらす。

本発明の方法の好ましい実施形態において、位相設定は、電磁放射のビーム経路内に前後に並べて配置され、異なる分散を有する、少なくとも２つの位相アクチュエータを含む、位相設定器によって実施される。例えば、電磁放射は初めに第１の位相アクチュエータを通過する。これにより位相シフトが生じる。しかし、第１の位相アクチュエータの分散は発生される位相シフトが周波数依存性であるという効果を生む。これは周波数コムの当該スペクトル線のそれぞれが、影響され得ない、異なる移相シフトを受けることを意味する。この効果は本発明にしたがって回避することができる。例えば、不変のままのスペクトル成分の相対位相関係を達成するため、可能であれば、本発明にしたがう位相設定において、第１の位相アクチュエータを通過した電磁放射は、両位相アクチュエータの総合分散が補償されるように設計された、第２の位相アクチュエータを通過する。したがって、２つの位相アクチュエータを通過すると、当該スペクトル線は同じ位相シフトを受けている。言い換えれば、位相シフトは周波数に依存しない。ビーム経路内の２つのアクチュエータの順序は重要ではない。例えば、時間に比例し、周波数無依存位相設定が上述した態様で実施されれば、有利なことに、繰り返し周波数を全く変化させずに周波数コムのオフセット周波数を調節することができる。しかし、必要であれば、繰り返し周波数を設定または制御するために適する周波数選択性位相設定を用いることも可能である。例えば、位相設定された電磁放射の繰り返し周波数及び基準信号から導出される制御偏差を受ける適切な制御コントローラによって繰り返し周波数を制御することができる。

したがって、全体として、本発明はオフセット周波数及び繰り返し周波数に関して安定化された光周波数コムの発生を可能にする。これには上述した原理にしたがって動作する２つの制御ループが必要である。

好ましい実施形態において、位相設定は電磁放射のスペクトル成分の時間的及び／または空間的な分割を含む。次いで、少なくとも一方の位相アクチュエータにおいて、電磁放射は回折次数が時間的及び／または空間的に変わり得る媒質を通過することができる。スペクトル成分の時間的及び／または空間的な分割により、スペクトル選択性態様における当該位相アクチュエータによる、例えば、適切な時間的及び／または空間的選択性回折次数を有する位相アクチュエータ内の媒質を用いることによる、位相設定の実施が可能になる。ここで、時間的または空間的に分割されたスペクトル成分はそれぞれ、あらかじめ定められた位相シフトを受ける。例えば、当該位相アクチュエータの時間的及び／または空間的な回折次数の経路は、総分散、すなわち、位相アクチュエータによって発生される（位相変調器の材料分散を含む）周波数依存位相シフトがこのアクチュエータ内で補償されるような態様で、電磁放射のスペクトル成分の時間的及び／または空間的な分割と調和させることができる。例えば、適する分散素子（光エクステンダー、ファイバブラッグ回折格子、等）を用いて光パルスにチャープを加えることができる。これは個々のスペクトル信号が時間的に伸張されることを意味する。第２の位相アクチュエータにおいて、電磁放射の低周波数スペクトル成分は、例えば、高周波数スペクトル成分より早く到着する。次いで、結果として電磁放射の全スペクトル成分が同じ位相シフトを受けるように、発生された位相シフトの周波数依存性をオフセットするために一方の位相アクチュエータにおける位相シフトの適する時間的変動を用いることができる。これは当該位相アクチュエータにおいて、例えば、光パルスがこの位相アクチュエータを通過する間の回折次数の時間的変動によって、位相シフトが変えられることを意味する。電磁放射のスペクトル成分の空間的分割により、それぞれのスペクトル成分がこの成分に対して与えられる媒質の空間範囲内で媒質を通過するときに所望の位相シフトを受けるように、適する空間的回折次数経路をもつかまたは適する幾何学的形状（例えば、くさび形またはプリズム形）をもつ媒質を含む位相アクチュエータによって、周波数選択性位相シフトを実施することができる。

本発明の実用上の実施に２つの個別位相アクチュエータは必ずしも必要ではない。単一素子、例えば電気光学変調器が、適切に動作させれば、両位相アクチュエータの機能を担当することができ、その結果、所望の周波数選択性及び／または周波数無依存の位相シフトを実施することができる。

スペクトル成分の実施された空間的及び／または時間的分割は、位相アクチュエータの通過後に再び、例えば適する分散素子を用いる圧縮によって、完全にまたはある程度、解消する、すなわち、反転することができる。

上述したような光パルスの時間的分割による周波数選択性位相設定の概念は、光周波数コムの発生とともに、独国特許出願公開第１０２０１１０１２７４９Ａ１号明細書から事実上知られている。しかし、この概念は、オフセット周波数を制御し、その結果、周波数無依存位相設定を達成するための、本発明の意味では用いられておらず、光パルス列の高周波数タイミングジッタの低減のために用いられている。本発明の実例が図面を用いてさらに詳細に説明される。

図１は本発明のデバイスの第１の実例をブロック図として示す。 図２は本発明のデバイスの第２の実例をブロック図として示す。 図３は２つの位相アクチュエータによる分散補償の原理を示す。 図４は本発明にしたがう周波数選択性位相設定を示す。 図５は図１及び２にしたがう実例に用いられる電気光学変調器の動作を示す。

図１に示されるデバイスは一連の時間的に等間隔の光パルスを発生するパルスレーザ１を有する。パルスレーザ１のスペクトルは、上述した態様におけるオフセット周波数及び繰り返し周波数で特徴が表される、光周波数コムのスペクトルである。パルスレーザ１は、繰り返し周波数に関して実地に知られている態様で安定化された、モードロックレーザ、例えば、エルビウムファイバレーザ２を含む。無線周波数範囲内の、例えば周波数が１０ＭＨｚの、基準信号を発生する基準信号源３が繰り返し周波数安定化のための基準としてはたらく。必要であれば、基準信号はパルスレーザ１のパルス列から得ることもできる。パルスレーザで発生された光パルス列は光ファイバ４を介して、パルスレーザ１の電磁放射の位相設定を実施する、位相設定器５に渡される。位相設定器５を用いて、光周波数コムのスペクトル線のオフセット周波数が、繰り返し周波数は一定のままで、時間比例位相設定によって調節される。この目的のため、位相設定器５は、電磁放射のビーム経路内に前後に並べて配置された、２つの位相アクチュエータ６及び７を含む。放射は初めに第１の位相アクチュエータ６を通過し、次いで第２の位相アクチュエータ７を通過する。位相アクチュエータ６及び７のいずれもが位相設定器５の出力８において電磁放射が周波数無依存位相シフトを有するように２つの位相アクチュエータ６，７の総分散を第２の位相アクチュエータ７が補償するように相互に設計及び調和される。これは周波数コムの当該スペクトル線の全てが同じ量だけ位相シフトされ、スペクトル線の相対位相関係は不変のままであることを意味する。２つの位相アクチュエータ６及び７は電気光学変調器（ＥＯＭ）であり、ＥＯＭはＥＯＭ６及び７の入力信号の当該電圧に依存し、したがって制御可能であり、時間的に変わり得る、位相シフトを有する。ＥＯＭ６は個々の時点に存在する制御信号にしたがって位相シフトを生じさせる。ＥＯＭ６の分散のため、この位相シフトは周波数に依存する。これは光周波数コムの様々なスペクトル線のそれぞれが異なる位相シフトを受けることを意味する。位相シフトのこの周波数依存性は第２のＥＯＭ７によって補償される。これがおこることを可能にするため、第２のＥＯＭ７は本実例においてはビーム経路内の第２のＥＯＭ７の前に電磁放射のスペクトル成分の時間的分割を生じさせる分割素子９が配されている。言い換えれば、分割素子９は、異なるスペクトル成分が時間的に伸張されるように、電磁放射にチャープを加える。例えば、光エクステンダー、ファイバブラッグ回折格子、等のような、実際に知られている部類の時間的分散素子が分割素子９としての使用に適する。電磁放射のスペクトル成分の空間的分割も考えられる。適切なプリズム配置、空間的光変調器または同様の素子がこの目的のためにはたらくことができるであろう。ここに示される実例において、例えばサーキュレータを介して結合された、ファイバブラッグ回折格子が時間的分散素子として用いられる。分割素子９によるスペクトル成分の時間的分割後、様々なスペクトル成分が適宜、時間的に連続な態様で、第２のＥＯＭ７を通過する。これが第１のＥＯＭ６によって生じた位相設定の周波数依存部分の補償のために第２のＥＯＭ７において対向する周波数依存位相シフトを生じさせるために本発明で利用される。この目的のため、第２のＥＯＭ７は、光パルスがＥＯＭ７を通過している期間中にその位相シフトが変化するような態様で作動される。すなわち、あるスペクトル成分がＥＯＭ７を通過する瞬間に、ＥＯＭ７が当該スペクトル成分の望ましくない位相シフトの周波数依存部分を反転させるに必要な分散を有することが達成される。電磁放射のスペクトル成分の時間的分割を再び反転する補償素子１０がＥＯＭ７の出力に配置される。この実例において、ＥＯＭ７はやはりファイバブラッグ回折格子である。ＥＯＭ７は光パルス列の様々なスペクトル成分が再び時間的に結合されることを保証する。言い換えれば、分割素子９及び補償素子１０は光パルスの時間的拡大、すなわち伸張、及び／または光パルスの時間的縮小、すなわち圧縮を生じさせる。要件のプロフィールに依存して、時間的な伸張及び圧縮は数桁にわたる時間にかけて実施することができる。

セロダイン素子１２及び制御可能なアッテネータ１３を動作させる制御エレクトロニクス１１は、光周波数コムのオフセット周波数を設定するためにはたらく。セロダイン素子１２はその入力において、例えば、動作周波数、すなわち周波数コムのスペクトル成分の所望のシフトに比例する、信号を制御エレクトロニクス１１から受け取る。出力において、セロダイン素子１２は、ＥＯＭ６を動作させるための時間依存制御電圧を発生する。セロダイン素子１２は、オフセット周波数の所望のシフトにしたがって、２πの倍数を法とする時間比例位相シフトがＥＯＭ６によって実施されるような態様で、制御電圧を発生する。周波数コムのオフセット周波数のシフトは、Δν＝Δｆ×(ψ_ｉ＋１−ψ_ｉ)/２πから得られ、ここで、Δｆは繰り返し周波数、ψ_ｉ＋１、ψ_ｉは指数がｉ及び／またはｉ＋１の２つの連続する光パルスの発生された位相シフトである。法−２π−位相シフトの位相後退、すなわち電圧Ｕ(ｔ)の大きさが値Ｕ_ｎ２πに達したときのＵ(ｔ)の再設定が、２つの光パルスの間の暗相中に実施される。これは図５の網掛け部によって叙実的に示される。リセット手順による光位相への対応する効果はない。

ＥＯＭ６の制御電圧Ｕ(ｔ)の時間推移が図５の中段上のグラフに示される。縦点線は連続する光パルスがＥＯＭ６を通過する時点を表す。振幅変調正弦波振動はＥＯＭ６の制御電圧の推移を表す。連続する光パルスのそれぞれの通過時点において制御電圧が直線的に大きくなることが見て分かる。これが、位相シフト値Φ(１)、Φ(２)、Φ(３)、Φ(４)が横棒で入れられている、図５の下段のグラフに明示される、時間に比例して大きくなる位相シフトを生じさせる。この時間比例位相設定が動作周波数の対応するシフトを生じさせる。図５の中段のグラフから分かるように、電圧Ｕ(ｔ)は光パルス列の繰り返し周波数（及び／または繰り返し周波数の倍数）に同期して振動する。光パルス間の休止中の電圧Ｕ(ｔ)の推移には何の効果もない。光パルスがＥＯＭ６を通過する時点において適正な瞬間電圧値が存在するだけである。この近似に対し、光パルス幅τ_０は光パルス間の休止期間よりかなり短くなければならず、これは通常のパルスレーザの光パルス列に当てはまる。この状況が図４の上段に示される。休止幅はフェムト秒からピコ秒の範囲にあり、繰り返し周波数は１０ＭＨｚと１００ＭＨｚの間の範囲にある。制御信号として、第２のＥＯＭ７は、基準信号源３の信号から周波数逓倍器／分割器１４を介して得られる無線周波数信号を受け取る。周波数逓倍無線周波数信号は制御可能なアッテネータ１３によって振幅変調される。図５の中段下のグラフは第２のＥＯＭ７に存在する制御電圧Ｕ(ｔ)を示す。光パルス到着の瞬間（縦点線）における制御電圧Ｕ(ｔ)の高められた周波数のため、信号Ｕ(ｔ)は高い包絡線スチープネスを特徴とする。図５の中段下のグラフから分かるように、電圧Ｕ(ｔ)の振幅は光パルス間で変化する。これは、連続して到着する光パルスでは、それぞれが異なるスチープネスをもつ１つの電圧包絡線がはたらくことを意味する。急峻な包絡線は、当該（時間的に伸張された）光パルスがＥＯＭ７を通過する間にＥＯＭ７における位相シフトが変化することを保証する。この状況が図４の下段に示される。これは、上で概説したように、ＥＯＭ６で生じた位相シフトの望ましくない周波数依存部分が補償されるような態様で達成される。これが図３に示される。すなわち、本発明の周波数選択性及び／または周波数無依存性の位相設定に対し、問題は光パルスの瞬間におけるＥＯＭ６の制御電圧Ｕ(ｔ)の振幅及び光パルスの瞬間におけるＥＯＭ７の制御電圧Ｕ(ｔ)の（振幅）増大である。

位相設定のための本発明の原理が、以下で図３及び４を用いてさらに詳細に説明される。

図３はＥＯＭ６による位相設定及びＥＯＭ７による位相設定の周波数依存性の補償を示す。周波数コムの、１つの動作周波数ν_０を囲むスペクトル帯域幅Δνをもつ、スペクトル部分がグラフに示される。材料分散を無視すれば、第１のＥＯＭ６は直線３１で表されるスペクトル部分の周波数比例位相シフトψ(ν)を生じさせる。次に、勾配が逆の周波数依存位相シフトψ(ν)をＥＯＭ７が生じさせるような、上述した態様でＥＯＭ７が作動される。第２のＥＯＭ７による周波数依存位相シフトは直線３２で表される。この結果、範囲Δν内の全スペクトル線は、図３のグラフに示されるように、直線３３に対応する、周波数νに依存しない、中間の値の位相シフトψ(ν_０)を受ける。図３により、所望の周波数無依存位相設定ψ(ν_０)を得るためには、位相設定３１及び３２の周波数軌跡を勾配及び軸セクションに関してどのように選ぶべきであるか、及び相互に調和させるべきであるかが分かる。

図３は線形分散の理想化された場合を示す。かなり線形の分散推移では、曲線３１及び３２は、周波数無依存位相シフトを実現するため、対応する非線形推移を有するべきである。

図４は電磁放射のスペクトル成分の時間的及び／または空間的な分割を示す。図４の下段のグラフのｘ座標は（時間的分割による）時間に対する（空間的分割による）位置を表す。この実例において電磁放射のスペクトル成分は第１のＥＯＭ６の通過時に分割されない。図１の実例では、これは光パルスの全スペクトル成分が同時にＥＯＭ６を通過することを意味する。スペクトル成分の時間的及び／または空間的な分割は分割素子９によって行われる。これが図４の下段に示される。時間及び／または位置の区間Δｘがスペクトル範囲Δνに割り当てられる。図１に示される実例では、これは、上で概説したように、光パルスの異なるスペクトル成分が異なる時点においてＥＯＭ７を通過することを意味する。図４及び５の下段のグラフに示されるように、第２のＥＯＭ７の時間的動作に対応することにより、図３による分散曲線３２が生成される。

本発明には、例えば市販のニオブ酸リチウムでつくられた、ＥＯＭが適する。これらは搬送波波長が１５５０ｎｍの光パルスに適する。図３にしたがう周波数依存位相シフトを生じさせるため、例えば分割素子を用いて、光パルスを１ｐｓのパルス幅に「チャーピング」することができる。チャーピングされた光パルスがＥＯＭ７を通過している間にＥＯＭ７において必要な時間的分散推移を達成するため、例えば、１０ＧＨｚの範囲にある周波数において＜１Ｖの範囲にある電圧により、ＥＯＭ７を動作させることができる。

図２に示される実例は安定化された自己参照光周波数コムが本発明にしたがってどのように発生されるかを示す。図示されるデバイスは、同じ参照数字が用いられる程度まで、図１に示されるデバイスに対応する。位相設定器５の出力において、電磁放射は２つの導波路に分割される。それぞれの分岐において光増幅器１５及び１６による増幅が行われる。増幅器１５の出力において、発生された有効放射が利用される。増幅器１６の出力において射出される放射はｆ−２ｆ干渉計１７に導かれる。その周波数がオフセット周波数に等価な無線周波数信号がｆ−２ｆ干渉計１７の出力に存在する。この信号は周波数逓倍器／分割器１９によって基準信号源３の出力信号から得られる高周波数信号を用いてミキサー１８において復調される。このようにして生成された変調信号が周波数−電圧コンバータ２０の入力に存在する。周波数−電圧コンバータ２０の出力は増幅器２１によって増幅され、セロダイン素子１２及び電圧制御アッテネータ１３の入力としてはたらく。図２にしたがってつくられる制御ループは、周波数逓倍器／分割器１９の出力における無線周波数信号によって決定される値へのオフセット周波数の自己参照型制御を生じさせる。オフセット周波数の調節が望ましければ、例えば、周波数−電圧コンバータ２０の入力電圧を適切な値だけシフトさせることができる。これは簡単な電圧加算器によって達成することができる。

要求されれば、（ここには図示されていない）ＥＯＭ７における電圧曲線Ｕ(ｔ)の時間推移勾配を修正することで、動作周波数ν_０に対するスペクトル線のシフトを達成することができる。よって、相対周波数間隔、すなわち繰り返し周波数を設定または制御することも可能である。

原理上は、（ここには図示されていない）ＥＯＭ６及びＥＯＭ７の両者の機能を。例えば、光パルスの瞬間において制御電圧Ｕ(ｔ)の包絡線に加えて図５の下段のグラフにしたがって制御電圧Ｕ(ｔ)の位相シフトを用いることで、単一のＥＯＭに統合することが可能である。したがって、時間的に分割された光パルスの中心周波数で走査される制御電圧Ｕ(ｔ)の振幅が実効位相シフトを決定する。

位相及び周波数の設定の本発明の原理は光周波数コムへの適用に限定されない。本原理は、等間隔のスペクトル線が全く現れていない、スペクトル偏差がある電磁放射を合成するために用いることもできる。例えば、本原理は異なる周波数にあるいくつかのｃｗレーザからの放射の重畳によって発生される電磁放射にも適用することができる。

ＥＯＭ６及びＥＯＭ７、分割素子９及び補償素子１０を含む位相設定器５は、個別の光素子で実施することができ、あるいは単一の、導波路及びＥＯＭ結晶と統合された、（ファイバ）光素子（チップソリューション）として実施することができる。

１ パルスレーザ
２ エルビウムファイバレーザ
３ 基準信号源
４ 光ファイバ
５ 位相設定器
６，７ 位相アクチュエータ
８ 位相設定器出力
９ 分割素子
１０ 補償素子
１１ 制御エレクトロニクス
１２ セロダイン素子
１３ 制御可能アッテネータ
１４ 周波数逓倍器／分割器
１５，１６，２１ 光増幅器
１７ ｆ−２ｆ干渉計
１８ ミキサー
１９ 周波数逓倍器／分割器
２０ 周波数−電圧コンバータ

Claims (25)

1. 電磁放射を合成する方法であって、
   複数のスペクトル成分を含むスペクトルを有する電磁放射を発生する工程、
   前記電磁放射の位相を設定する工程、
   を有してなる方法において、
   前記位相設定工程が、前記電磁放射の前記複数のスペクトル成分の少なくともいくつかの位相をシフトさせる工程を含み、前記少なくともいくつかのスペクトル成分の相対位相関係が事前決定可能である、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記スペクトル成分の前記相対位相関係が前記位相設定工程では不変のままであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記スペクトル成分の周波数シフトが時間比例位相設定を用いて実施されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記位相設定工程が、前記電磁放射のビーム経路内に前後に並べて配置され、異なる分散を有する、少なくとも２つの位相設定アクチュエータ（６，７）を含む位相設定器（５）を用いて実施されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記位相設定工程が、前記電磁放射の前記スペクトル成分を時間的及び／または空間的に分割する工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記位相設定器（５）の前記位相設定アクチュエータの少なくとも１つにおいて前記電磁放射が、位相シフトが時間的及び／または空間的に可変である媒質を通過することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記位相設定工程後の前記時間的及び／または空間的な分割が、完全に及び／またはある程度補償されることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
8. 前記スペクトル成分の少なくとも１つの位相及び／または周波数が制御され、前記位相設定工程が制御変数に依存して実施されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記制御変数が、前記位相設定された電磁放射からコントローラを用いて導出されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記電磁放射の前記スペクトルが、オフセット周波数及び繰り返し周波数で特徴が表される、光周波数コムのスペクトルであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記オフセット周波数の設定が、２πの倍数を法として光パルス毎に変化する位相設定によって実施されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記制御変数が前記位相設定された電磁放射からｆ−２ｆ干渉計によって導出されることを特徴とする請求項８及び請求項１０から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記位相設定工程が前記繰り返し周波数の設定を実施することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記位相設定された電磁放射の前記繰り返し周波数が不変のままであることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記繰り返し周波数が、前記電磁放射の前記繰り返し周波数及び基準信号から導出される制御偏差にしたがって制御されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 電磁放射を合成するための装置であって、
    複数のスペクトル成分を含むスペクトルを有する電磁放射を発生する光源、
    前記光源の前記電磁放射の位相設定を実施する、位相設定器（５）、
    を有する装置において、
    前記位相設定器（５）を用いて前記電磁放射の前記複数のスペクトル成分の少なくともいくつかの位相をシフトさせることができ、前記スペクトル成分の相対位相関係が事前決定可能である、
    ことを特徴とする装置。
17. 前記光源が、一連の時間的に等間隔な光パルスを発生するパルスレーザ（１）であり、前記パルスレーザ（１）の前記電磁放射の前記スペクトルが、オフセット周波数及び繰り返し周波数で特徴が表される光周波数コムのスペクトルであり、前記光周波数コムのスペクトル線の前記オフセット周波数が、前記位相設定器（５）を用いて時間比例位相設定によって調節され、前記繰り返し周波数が基本的に一定のままであることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. コントローラが前記位相設定器を作動させ、前記コントローラは前記光周波数コムの前記スペクトル成分の少なくとも１つの周波数を安定化することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. ｆ−２ｆ干渉計（１７）が前記位相設定器（５）の下流に配置され、前記コントローラが前記ｆ−２ｆ干渉計（１７）の出力信号から制御変数を導出することを特徴とする請求項１８に記載の装置。
20. 前記位相設定器（５）が、前記電磁放射のビーム経路内に前後に並べて配置され、異なる分散を有する、少なくとも２つの位相設定アクチュエータ（６，７）を含むことを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の装置。
21. 前記位相設定アクチュエータ（６，７）が電気光学変調器であることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 前記位相設定器（５）が、前記電磁放射の前記スペクトル成分の時間的及び／または空間的な分割を実施する少なくとも１つの分割素子（９）を含み、前記位相設定器（５）の少なくとも１つの位相設定アクチュエータ（７）が、前記電磁放射の時間的及び／または空間的に可変の位相シフトを実施する媒質を含むことを特徴とする請求項１６から１７のいずれか１項に記載の装置。
23. 前記位相設定器（５）が、前記電磁放射の前記スペクトル成分の時間的及び／または空間的な分割を完全にまたはある程度無効にする少なくとも１つの補償素子（１０）を含むことを特徴とする請求項１６から２２のいずれか１項に記載の装置。
24. 前記分割素子（９）及び前記補償素子（１０）のそれぞれが、空間的または時間的に分散性の素子を含むことを特徴とする請求項２２または２３に記載の装置。
25. 前記位相設定器（５）が前記パルスレーザ（１）の光共振器の外部に、完全にまたはある程度、配置されることを特徴とする請求項１６から２４のいずれか１項に記載の装置。

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