JP2019509509A - 光子の多色及び空間的自己適応型ビームを発生するための装置 - Google Patents

Abstract

発生装置（ＤＧ）は、少なくとも１つの波長を有する一次光子を供給するパルス・レーザ光源（ＳＬ）と、一次光子に作用して入力ビームを供給する成形手段（ＭＭ）と、非線形結晶（ＣＮ）と、非線形結晶（ＣＮ）内に、入力ビームと同期する少なくとも１つの電場を発生するように準備され、非線形結晶（ＣＮ）の中に、入力ビームの一次光子を超連続光に属する波長を有する二次光子に変換するための電気光学効果によって位相不整合を引き起こす制御手段（ＭＣ）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光子の多色ビームを発生するための装置、及びそのような装置を使用する分析システムに関する。

当業者には既知であるように、ある特定の分野、例えば試料（場合により医療試料）の分析の分野には、空間的にコヒーレントな多色レーザ光源が必要である。そのような光源は、大きなスペクトル幅、典型的には数十ナノメートルから数百ナノメートル、にわたって実質的に連続的に分布する波長を有する光子のビームを供給するので連続光源と呼ばれることが多い。

これらの光源は、非線形効果を用いて光−物質相互作用に基づいて生産される。それらは一般に、「一次」波長を有する「一次」光子を供給する少なくとも１つの連続波又はパルス・レーザ光源（［Ｒ１］参照）と、一次光子から複数の「二次」波長を有する二次光子を含んだ出力ビームを生成するように準備された微細構造光ファイバー又は非線形結晶とを備える。

微細構造光ファイバーを使用する光源は、近紫外（又はＵＶ）（約３５０ｎｍ）から中赤外（典型的には５μｍ）まで広がるスペクトル幅を有する安定な放射を得ることを可能にする。シリカ製の微細構造光ファイバーは、例えば、２．４μｍ迄の赤外に限定され、特に光量の閉じ込めを有し、それにより、光−物質相互作用を強め、多数の二次波長への一次波長の変換を高める。しかし、非線形微細構造光ファイバーは小さいコア直径を有し、それ故に、エネルギーの高い閉じ込めの存在下では、それらの材料の損傷の閾値に非常に速く達する。従って、微細構造光ファイバーを使用するこれらの光源は、高い出力エネルギーを得ることを可能にしない。さらに、それらは、全ＵＶ領域（３４０ｎｍより短い）及び全赤外領域に属する波長を同時に得ることを可能にしない。最後に、それらは、異なる波長の二次光子の群速度を等しくすることを可能にせず、これが種々の波長の二次光子の時間にわたる非同期化を引き起こす。その結果、これらの光源を、ある特定の用途、例えば、特に試料内の特定の化学種の識別及び位置決めのためのイメージングの分野で使用される多重コヒーレント・アンチストークス・ラマン散乱（ＣＡＲＳ）などに使用することは不可能である。

微細構造光ファイバーの代わりに非線形結晶を使用することは、損傷の閾値に急速に達するのを防止することを可能にする。しかし、現在のところ、二次波長を得るためには、その結晶を位相整合配向で非常に正確に配向させることが必要である。従って、１つの特定の一次波長に関連する少数の特定の配向のみが、依然として主に赤外領域におけるスペクトル連続体を得ることを可能にする。また、中心対称性格子を有する結晶は、超連続光を発生することができるが、主として三次の非線形性を用いることが知られている（［Ｒ２］参照）。

本発明の目的は、特にこの状況を改善することである。

この目的を達成するために、本発明は、光子の多色ビームを発生するための装置であって、少なくとも１つの波長を有する一次光子を供給することができる連続波又はパルス・レーザ光源と、入力ビームを供給するために一次光子に作用することができる成形手段と、入力ビームから、複数の波長を有する二次光子を含んだ多色出力ビームを生成するように準備される非線形結晶とを備える、装置を提供する。

この発生装置は、さらに、非線形結晶内に入力ビームと同位相の少なくとも１つの電場を発生するように配置され、そして、入力ビームの一次光子を超連続光に属する波長を有する二次光子に変換するために、非線形結晶の中に、電気光学効果による位相不整合を引き起こすことができる、制御手段を備えることを特徴とする。

従って、その波長が、必要条件に応じて、群速度の変化を最小にしながら遠紫外から遠赤外までの範囲に及ぶことができる、光子の超連続光を得ることが可能である。

本発明による装置は、別々に又は組み合わせて実施することができる他の特徴を有することができ、具体的には、
・その制御手段は、非線形結晶内に、入力及び出力ビームの一般的方向に垂直な第１の方向に同期電場、並びに／又は、入力及び出力ビームの一般的方向に及びこの第１の方向に垂直な第２の方向に別の同期電場、を発生するように準備することができ、
・その制御手段は、第１に、入力ビームを非線形結晶に向けられる主部分と補助部分とに分割することができるサンプリング手段と、第２に、入力ビームの各々の補助部分の受け取りによって電気パルスを発生することができるオプトエレクトロニクス手段と、第３に、非線形結晶に対向して配置され、非線形結晶の中に各々の発生された電気パルスの受け取りによる（各々の）電場を発生するように準備される電極と、第４に、入力ビームの主部分の一次光子を、発生された電場と同期的に非線形結晶に達するように遅延させるように準備された遅延手段と、を備えることができ、
・非線形結晶は、ビーム入力面上及びビーム出力面上に、一次光子の及び／又は二次光子の共振を引き起こすことができる半反射ミラーを備えることができ、
・少なくとも１つの電極は、非線形結晶内に発生された電場の空間的変調を引き起こすことができ、前記位相不整合及び出力ビームのスペクトル・プロファイルの修正、並びに／又は、波長変換軸に対する入力ビームの偏光ベクトルの相対的配向の修正を引き起こすことができ、
・オプトエレクトロニクス手段は、いわゆる「凍結波」発生器を備えることができ、
・順々に配置される少なくとも２つの非線形結晶を備えることができ、
・連続波又はパルス・レーザ光源は、一次波長と呼ばれる波長を有する一次光子、及びこの一次波長の第２高調波に等しい別の波長を有する一次光子を供給することができる。この場合、非線形結晶は、例えば、パルス光源の一次波長におけるいわゆる「周波数ダブラー」とすることができる。

有利なことに、装置の幾つかの改良が可能であり、上記のオプションと両立可能であり、別々に又は組み合わせて実施することができ、
−非線形結晶（ＣＮ）は希土類イオンでドープされ、このドーピングが、二次光子の発生を、一次光子の及び／又は二次光子の増幅と結びつけることを可能にし、
−レーザ光源（ＳＬ）は、前記レーザ光源がパルス・レジームにおいて動作するか又は連続波レジームにおいて動作するかに関わらず、希土類ドープ結晶のレーザ・ポンピングを可能にする一次光子を発生する能力を有し、
−非線形結晶（ＣＮ）は、二次及び／又は三次の非線形性を有することができ、
−非線形結晶（ＣＮ）は、透明なセラミックス及び／又は透明なガラス−セラミックスとすることができ、
−非線形結晶（ＣＮ）は、中心対称性又は非中心対称性の分子配置を有することができ、或いは、実際には、
−非線形結晶（ＣＮ）は、イットリウム、エルビウム、ツリウム、ホルミウム、ネオジム、プラセオジム、又はセリウムでさえものイオンでドープすることができ、単独で又は組み合わせて使用することができる。

本発明はさらに、上記のタイプの少なくとも１つの発生装置を備える試料分析システムであって、試料を分析するための多色出力ビームを供給することができる、システムを提供する。

例えば、そのようなシステムは、多重コヒーレント・アンチストークス・ラマン散乱（又はＣＡＲＳ）によって試料を分析することができる。

本発明は、単に例として与えられる以下の説明を、添付の図面を参照しながら読むことによってより良く理解されることになる。

本発明による発生装置の第１の実施形態を図式的及び機能的に示す。 本発明による発生装置の第２の実施形態を図式的及び機能的に示す。

本発明の目的は、具体的には、光子ＦＳの多色ビームを発生するための装置ＤＧを提供することである。

以下に、非限定的な例として、試料分析システム（オプションとして医療試料を分析するための）の部分を形成するための発生装置ＤＧ（ＴＧ）を考察する。しかし、本発明はこのタイプのシステムに限定されない。具体的には、本発明は、光子の多色ビームを発生することができる少なくとも１つの装置を備える必要がある任意のシステムに関する。

さらに、分析システムは、以下で、非限定的な例として、多重コヒーレント・アンチストークス・ラマン散乱（又はＣＡＲＳ）を用いて試料を分析することができるものと考察されることになる。しかし、本発明はこのタイプの分析に限定されない。

一般に、本発明は多くの分野に関係し、具体的にはバイオ・フォトニクス（及び具体的には細胞診断）、非線形マルチモーダル・イメージング、オプトジェネティックス、コヒーレンス・トモグラフィ、ＬＩＤＡＲ、フロー・サイトメトリー、遠隔での化学元素のスクリーニング（例えば、空港警備のため）、個々人（例えば、医療分野における）の検査、爆発物の検出、及び、バクテリアの検出、に関係する。

図１及び２は、本発明による発生装置ＤＧの２つの非限定的な実施形態を図式的に示す。

図示されるように、（発生）装置ＤＧは、少なくとも１つのパルス・レーザ光源ＳＬ、成形手段ＭＭ、少なくとも１つの非線形結晶ＣＮ、及び制御手段ＭＣを備える。

このレーザ光源ＳＬは連続波光源とすることもできることに留意されたい。残りの説明において、パルス・レーザ光源の場合にのみ言及されるが、種々の説明される実施形態は、連続波レーザ光源にも適用可能である。

パルス・レーザ光源（又はポンピング・レーザ）ＳＬは、以下で「一次波長」と呼ばれる少なくとも１つの波長を有する「一次」光子と呼ばれる光子を供給することができる。この一次（又はポンピング）波長は用途の必要条件に、従って、所望のスペクトル帯に応じて選択される。従って、波長は場合により赤外（又はＩＲ）領域、可視領域又は紫外（又はＵＶ）領域に属することになる。これらの一次光子はまた、例えば、赤外波長とその第２の高調波など、１つ又はそれ以上の領域に属することができる。

例えば、このパルス・レーザ光源ＳＬは、高いピーク出力を提供することができる。この場合、多分、例えば、１０ｐｓ〜２ｎｓの範囲のパルスを有する１０６４ｎｍにおける光子を生成するＮｄ：ＹＡＧレーザの問題となるであろう。

成形手段ＭＭは入力ビームＦＥを供給するために一次光子に作用することができる。例えば、図示されるように、これらの成形手段ＭＭは、一次光子の伝播に関してパルス・レーザ光源ＳＬの下流に取り付けられた少なくとも１つのレンズを備えることができる。

図１及び２に示される非限定的な例において、成形手段ＭＭは、結晶ＣＮを通る通過中に拡散しない（即ち、結晶ＣＮ内で各々のパルスの光子は一般的方向において互いに実質的に平行に伝播する）入力ビームＦＥを出力として供給するように準備されることに留意されたい。

非線形結晶ＣＮは、入力ビームＦＥから、複数の波長を有する「二次」光子と呼ばれる光子を含んだ多色出力ビームＦＳを生成するように準備される。この非線形性は二次であることが好ましい。

非線形結晶ＣＮは、用途の必要条件、従って所望のスペクトル帯及び一次（又はポンピング）波長に応じて選択されることに留意されたい。例えば、３０ｐｓのパルスを有する１０６４ｎｍにおける光子を生成するＮｄ：ＹＡＧレーザの存在下において、パルス・レーザ光源ＳＬの放射の第２高調波を発生（又は第２の高調波発生（ＳＨＧ））するため、及び約５０℃で動作するために製造され、１５ｍｍの長さ及び６．７５μｍに等しい疑似位相整合（ＱＰＭ）ピッチ（ＱＰＭは基本波（例えば１０６４ｎｍ）及び第２高調波（例えば５３２ｎｍ）の位相速度をほぼ等しくするのに強誘電性領域の周期的反転が使用される技術である）を有するバルクの周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）の非線形結晶ＣＮを使用することが可能である。ＱＰＭのピッチは温度に依存することに留意されたい。従って、例えば、１６０℃において６．５４μｍのピッチを有することが可能である。

しかし、他の非線形結晶ＣＮ、例えば、チタンリン酸カリウム（ＫＴＰ）、又は周期的に分極するＫＴＰ（ＰＰＫＴＰ）、又は三ホウ酸リチウム（ＬｉＢ_３Ｏ_５−又はＬＢＯ）などを、或いはベータ型ホウ酸バリウムでさえも、使用することができる。

制御手段ＭＣは、非線形結晶ＣＮの中に、入力ビームＦＥと同期し、後者（ＣＮ）の中に電気光学効果による位相不整合を引き起こすことができる、少なくとも１つの電場を発生するように準備される。この位相不整合は、入力ビームＦＥの一次光子の、超連続光に属する波長を有する二次光子への変換を引き起こすことができる。

実際には、電気光学効果は、非線形結晶ＣＮを構成する材料の屈折率の変更を引き起こし、それにより、一次光子と二次光子との間の位相不整合の条件を変更し、これが出力二次光子のスペクトル・プロファイルを変調する。

一次及び二次波長の伝播の軸は、電気光学効果を引き起こす電場の方向にほぼ垂直である。

二次光子の発生を促進する位相不整合を得るために、結晶ＣＮが初めに切断される方向及び電気光学効果が非線形結晶ＣＮ内の伝播の条件を調節するために用いられる。二次光子は非常に高い強度レジーム（非常に高い強度の一次光子）において発生され、その結果、入力ビームＦＥの空間的プロファイルは、周波数変換と同時に変更される。空間領域及び時間領域における同時のこのプロファイルの変更は、図１及び２の非線形結晶ＣＮにおいて図式的に示されるように、入力ビームＦＥの直径を減らす効果を有する閉じ込めの増加、又は入力ビームＦＥの直径を増す効果を有する閉じ込めの減少のいずれか、をもたらすことができる。「断熱的自己収束伝播」と呼ばれる第１の代替物は、非線形結晶ＣＮ内に広帯域変換をより容易に達成することを可能にする。「非収束伝播」と呼ばれる第２の代替物は、非線形結晶ＣＮを、入力ビームＦＥによる非常にエネルギーが高い励起の間に何らかの光学的損傷から保護することを可能にする（非線形伝播の中に統合される逆飽和吸収効果）。

逆飽和吸収効果は、出力電力密度の限界をもたらす（電力密度は、電力とビームの面積との間の比に等しい）。従って、電力の増加がビームによって照らされる面積の増加を伴う場合に、この効果を得ることが可能である（これは、一次ビームの出力が焦点ボケを引き起こす場合である）。

図１及び２に示されるように、制御手段ＭＣは、非線形結晶ＣＮ内に、入力ビームＦＥ及び出力ビームＦＳの一般的方向に垂直な第１の方向における第１の同期電場、及び／又は、入力ビームＦＥ及び出力ビームＦＳの一般的方向に、並びにこの第１の方向に垂直な第２の方向における第２の同期電場を発生するように準備される。従って、ビームの伝播方向に垂直な２つの方向において、種々の仕方で材料の屈折率を変えることが可能である。このことは、位相不整合を得るための多くの選択を可能にする。しかし、ゼロ位相不整合の点を用いることもできる。実施することができるか又はできない、これらの種々の選択肢には、以下で戻ることになる。

さらに図１及び２に示されるように、制御手段ＭＣは、少なくとも１つのサンプリング手段ＭＰ、オプトエレクトロニクス手段ＭＯ、電極Ｅｊ及び遅延手段ＭＲを備えることができる。

サンプリング手段ＭＰは、パルス・レーザ光源ＳＬと非線形結晶ＣＮとの間に設置される。それらは、入力ビームＦＥを、非線形結晶ＣＮに向けられる主部分ＦＥ１とオプトエレクトロニクス手段ＭＯに向けられる補助部分ＦＥ２とに分割することができる。

例えば、非限定的に図示されるように、これらのサンプリング手段ＭＰは、入力ビームＦＥの一般的方向に垂直な面に対して、例えば４５°だけ傾けられた半反射ミラーを備えることができる。

オプトエレクトロニクス手段ＭＯは、入力ビームの各々の補助部分ＦＥ１の受け取りにより電気パルスを発生することができる。電極Ｅｊに向けられた各々の電気パルスは、その電気パルスを発生する光パルス（ＦＥ１の一次光子）と同期し、高電圧であることが好ましい。オプトエレクトロニクス手段ＭＯは、例えば、いわゆる「凍結波」発生器の形態を取ることができ、これは大きさが１キロボルトより高く、単極又は双極プロファイルを有する電気パルスを発生することができる（典型的には１ｎｓ〜３ｎｓの持続時間）。双極プロファイルは、結晶ＣＮの分極が１つの方向から逆方向へ迅速に通過することを可能にし、実時間での位相整合の急速な修正に都合が良い。

電極Ｅｊは非線形結晶ＣＮに対向して配置され、後者（ＣＮ）の中に、オプトエレクトロニクス手段ＭＯによって発生された各々の電気パルスの受け取りによる（各々の）電場を発生するように準備される。電極Ｅｊと結晶ＣＮとの間に液体又は導電性ペーストを導入することが、結晶ＣＮ内への電場の貫通を助長する。この導電性ペーストは、例えば、銀含有樹脂のような導電性接着剤とすることができる。

上記の第１の電場を発生するために、非線形結晶ＣＮの２つの第１の向き合う面に対向して配置された２つの電極Ｅｊ（ここで、ｊ＝１又は２）が使用されること、及び、上記の第２の電場を発生するために、非線形結晶ＣＮの２つの第２の向き合う面に対向して配置された２つの電極Ｅｊが使用され、前記第２の向き合う面は第１の面に垂直であること、を理解されたい。これらの第１及び第２の面は、入力ビームＦＥ及び出力ビームＦＳの一般的方向に平行であり、非線形結晶ＣＮの入力面Ｆ１、即ち、入力ビームＦＥがそれを介して入る面、及び、非線形結晶ＣＮの出力面Ｆ２、即ち、出力ビームＦＳがそれを介して出る面に垂直である。第１の電場及び第２の電場の両方を発生させることが望ましいとき、２つの電極Ｅｊが非線形結晶ＣＮの２つの第１の向き合う面に対向して配置され、２つの他の電極Ｅｊ’が非線形結晶ＣＮの２つの第２の向き合う面に対向して配置され、前記第２の向き合う面は第１の面に垂直である。後者の代替物において、オプトエレクトロニクス手段ＭＯは、入力ビームの各々の補助部分ＦＥ２の受け取りによって２つの電気パルスを発生し、これら２つの電気パルスを、２つの垂直方向における２つの位相不整合を引き起こすための２つの電場を生成するように、２対の電極Ｅｊに同期的に送るか、或いは、入力ビームの各々の補助部分ＦＥ２の受け取りによって単一の電気パルスを発生し、この単一の電気パルスを１つの方向における位相不整合を引き起こす電場を生成するように、問題の一対の電極Ｅｊに送る。

遅延手段ＭＲは、入口ビームＦＥの主部分ＦＥ１の一次光子を、非線形結晶ＣＮに（各々の）発生された電場と同期的に達するように、遅延させるように準備される。例えば、これらの遅延手段ＭＲは、非線形結晶ＣＮに達する各々の光パルス（一次光子）がオプトエレクトロニクス手段ＭＯによって発生された対応する電気パルスと同期するのを可能にする遅延線の形態を取ることができる。

図２の第２の例において非限定的に示されるように、非線形結晶ＣＮは、オプションとして、その入口面Ｆ１上及びその出口面Ｆ２上に、一次光子の及び／又は二次光子の共振を引き起こすことができる半反射ミラーＭＳを備えることができることに留意されたい。このオプションは、電気光学効果により非線形結晶ＣＮ内での広帯域スペクトルの発生を容易にするためである。この共振の効果は、結晶ＣＮを通る通過の数を増加することにより、変換効率を向上させる（具体的には、変換されたビームの強度が、通過する非線形媒体の長さの平方に比例する）。これらの半反射ミラーＭＳは、例えば、誘電体、表面処理の要素を加えることができるか、又は、それらによって定めることができる。

また、図１及び２には示されないが、電極Ｅｊの少なくとも１つは、非線形結晶ＣＮ内に発生される電場の空間的変調を引き起こすことができる空間的構造を有することができることに留意されたい。この空間的変調は、出力ビームＦＳの位相不整合及びスペクトル・プロファイルの変更、及び／又は、波長変換軸に対する入力ビームＦＥ１の偏光ベクトルの相対的配向の変更を引き起こすことができる。入力ビームＦＥ１のこの偏光ベクトルは、図１及び２に示されるように、半波長（又はλ／２）板ＬＤによって配向させることができ、又は実際には１／４波長（又はλ／４）板によって修正することができる。

そのような空間的構造（又は不均一性）の存在下において、電場は不均一になり、それにより、非線形結晶ＣＮを通る伝播の全長にわたり、広帯域非線形変換を制御することを可能にすることに留意されたい。従って、電場は、例えば、入口面Ｆ１の近傍で、出口面Ｆ２の近傍におけるよりも強くすることができる。この構造は、一次及び二次光子の速度を修正することによって位相不整合を制御するためにオプションとして周期的にすることができることに留意されたい。

また、図１及び２には示されないが、装置ＤＧは、オプションとして、順々に配置される少なくとも２つの非線形結晶ＣＮを備えることができることに留意されたい。この場合、各々の結晶は特定の方向に切断される。このことは、一次光子のより広範囲の変換を得る目的で位相整合を実質的に変化させることを可能にする（このことを、電極Ｅｊにバイアスをかけることによって行うことは可能ではなく、これは位相整合に対してより限定された効果を有する）。

また、パルス・レーザ光源ＳＬは、一次（又は基本）波長を有する一次光子、及び一次波長の第２高調波に等しい別の波長を有する一次光子を供給することができる可能性があることに留意されたい。この場合、非線形結晶ＣＮは、一次光子に関するいわゆる「周波数二倍器」とすることができる。これは、次に、２つの異なる波長の光子によって同時にポンピングされ、それにより、超連続光の二次光子の波長の数を増加させることを可能にする。

超連続光は、そのエネルギーを他の波長に変換するポンピング波の出力のおかげで結晶内に発生される。従って、一次光子が結晶を通るそれらの通過の間に再増幅される場合に、より良い発生を得ることができる。周波数変換による一次光子の減少は、レーザ増幅により補償される。より大きい出力を得るために、二次光子を増幅することもできる。

この増幅は、１つ又はそれ以上の希土類イオンを結晶に加える（又はドーピングする）ことにより、及びそれらを、連続波又はパルス・レジームにおける１つ又はそれ以上のポンピング波でポンピングすることによって達成することができる。このタイプの増幅プロセスは、例えば、光ファイバー内で用いられている（［Ｒ３］参照）。

加えて、非線形結晶は一般に、結晶成長プロセス、例えば「チョクラルスキー」成長プロセスを用いて得られる（［Ｒ４］及び［Ｒ５］参照）。成長後、結晶は特定の配向に切断され、レーザ光源及び／又は非線形変換実験において用いることができる。

同じ結晶を、微小結晶の粉末の凝集に基づく製造プロセスを用いて得ることができることも知られている。凝集後、超高温圧縮操作（焼結と呼ばれる）によって成形体が固められる。そこで微小結晶で構成される結晶（セラミックス）が得られ、結晶成長によって得られるその同族体と同じく透明にすることができる（［Ｒ６］参照）。特定の焼結温度条件に対しては、材料中に複数の相が出現し得る。そこでこの結晶はガラス相の中に含まれる。そこでガラス−セラミックスは、換言すれば、局所的にガラス相及び結晶相を有する材料と呼ばれる（［Ｒ７］参照）。

従って、装置に対する幾つかの改善が可能であり、前述のオプションと両立できる。
− 非線形結晶（ＣＮ）は希土類イオンでドープすることができ、このドーピングは、二次光子の発生と一次光子の及び／又は二次光子の増幅とを結びつけることを可能にし、
− レーザ光源（ＳＬ）は、前記レーザ光源がパルス・レジームにおいて又は連続波レジームにおいて動作するかどうかに関わらず、希土類ドープされた結晶のレーザ・ポンピングを可能する一次光子を発生する能力を有し、
− 非線形結晶（ＣＮ）は、二次及び／又は三次の非線形性を有することができ、
− 非線形結晶（ＣＮ）は、透明セラミックス及び／又は透明ガラス−セラミックスとすることができ、
− 非線形結晶（ＣＮ）は、中心対称性又は非中心対称性の分子配置を有することができ、又は実際に、
− 非線形結晶（ＣＮ）は、イットリウム、エルビウム、ツリウム、ホルミウム、ネオジム、プラセオジム、又はセリウムでさえものイオンでドープすることができ、単独で又は組み合わせて使用することができる。

本発明は幾つかの利点を有し、その中で、
・ 非線形結晶の断面積が、光ファイバー・コアの断面積よりも遙かに大きいので、高いスペクトル出力密度を有する超連続光を得ることを可能にし、
・ 長さの短い非線形結晶を通る通過の後、一次光子と二次光子との間の時間的分離を最小にし、従って、よりコヒーレントな多色放射を得ることを可能にし、
・ 非線形結晶の大きな透明領域のために、遠紫外から遠赤外までの範囲の波長を有する光子を得ることを可能にし、
・ 空間的及び時間的に制御される電気励起から生じる、非線形結晶内の伝播パラメータの修正のおかげで、使用可能なパルス・レーザ光源のエネルギーに応じて、二次光子のスペクトル・プロファイルを適合させること、及びスペクトル出力密度を調節することを可能にする。

本発明は、図面及び前述の説明において詳しく示され説明された。後者は例証であり、例として与えられ、本発明をこの説明にのみ限定するものではないと考えられるべきである。多くの異なる実施形態が可能である。

参考文献
［Ｒ１］ Ｍｕｓｓｏｔ， Ａ．； Ｋｕｄｌｉｎｓｋｉ， Ａ．； Ｋｏｌｏｂｏｖ， Ｍ．； Ｌｏｕｖｅｒｇｎｅａｕｘ， Ｅ．； Ｄｏｕａｙ， Ｍ．； Ｔａｋｉ， Ｍ．； ”Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｅｖｅｎｔｓ ｉｎ ＣＷ−ｐｕｍｐｅｄ ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ” Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １７（１９） １７０１０−７０１５ （２００９）
［Ｒ２］ Ｆ． Ｓｉｌｖａ， Ｄ．Ｒ． Ａｕｓｔｉｎ， Ａ． Ｔｈａｉ， Ｍ． Ｂａｕｄｉｓｃｈ， Ｍ． Ｈｅｍｍｅｒ， Ｄ． Ｆａｃｃｉｏ， Ａ． Ｃｏｕａｉｒｏｎ ＆ Ｊ． Ｂｉｅｇｅｒｔ； ”Ｍｕｌｔｉ−ｏｃｔａｖｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｍｉｄ−ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｉｌａｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｂｕｌｋ ｃｒｙｓｔａ” ｎａｔｕｒｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｜ ３：８０７ ｜ ＤＯＩ： １０．１０３８
［Ｒ３］ Ｒｏｙ， Ａｕｄｅ； Ｌｅｐｒｏｕｘ， Ｐｈｉｌｉｐｐｅ； Ｒｏｙ， Ｐｈｉｌｉｐｐｅ； Ａｕｇｕｓｔｅ， Ｊｅａｎ−Ｌｏｕｉｓ； Ｃｏｕｄｅｒｃ， Ｖｉｎｃｅｎｔ， ”Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｙｂ−ｄｏｐｅｄ， ｄｏｕｂｌｅ−ｃｌａｄ， ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｆｉｂｅｒ” Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ｂ ２４（４） ７８８−７９１（２００７）
［Ｒ４］ Ｍ． Ｓｐｉｅｓｓｅｒ， Ｊａｎ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ ”Ｍｅｔｈｏｄｅ ｄｅ ｔｉｒａｇｅ ｄｅｓ ｃｒｉｓｔａｕｘ”， Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ＧＦＣＣ （Ｍａｙ １９９９）
［Ｒ５］ Ｊ． Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ， Ｚ． Ｐｈｙｓｉｋ Ｃｈｅｍ． ９２ （１９１８） ２１９
［Ｒ６］ Ｇａｒａｎｉｎ， Ｓ． Ｇ．； Ｒｕｋａｖｉｓｈｎｉｋｏｖ， Ｎ． Ｎ．； Ｄｍｉｔｒｙｕｋ， Ａ． Ｖ．； Ｚｈｉｌｉｎ， Ａ． Ａ．； Ｍｉｋｈａｉｌｏｖ， Ｍ． Ｄ． Ｌａｓｅｒ ｃｅｒａｍｉｃ． １． Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ７７（９） ５６５−５７６ （２０１０）
［Ｒ７］ Ｃｈｅｎ， Ｘｉａｏｂｏ； Ｓｏｎｇ， Ｚｅｎｇｆｕ； Ｈｕ， Ｌｉｌｉ； Ｚｈａｎｇ， Ｊｕｎｊｉｅ； Ｗｅｎ， Ｌｅｉ， ”Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｅｒ（０．５）Ｙｂ（３）：ＦＯＶ ｏｘｙｆｌｕｏｒｉｄｅ ｎａｎｏｐｈａｓｅ ｖｉｔｒｏｃｅｒａｍｉｃｓ”； Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ３２（１４） ２０１９−２０２１ （２００７）

Claims (17)

1. 光子の多色ビームを発生するための装置（ＤＧ）であって、少なくとも１つの波長を有する一次光子を供給することができるパルス・レーザ光源（ＳＬ）と、前記一次光子に作用して入力ビームを供給することができる成形手段（ＭＭ）と、前記入力ビームから、複数の波長を有する二次光子を含んだ多色出力ビームを生成するように準備された非線形結晶（ＣＮ）とを備える装置において、さらに、前記非線形結晶（ＣＮ）内に、前記入力ビームと同期する少なくとも１つの電場を発生するように準備され、後者（ＣＮ）の中に、前記入力ビームの前記一次光子を超連続光に属する波長を有する二次光子に変換するための電気光学効果によって位相不整合を引き起こすことができる制御手段（ＭＣ）を備えることを特徴とする装置。
2. 前記制御手段（ＭＣ）は、前記非線形結晶（ＣＮ）内に、前記入力及び出力ビームの一般的方向に垂直な第１の方向に同期電場、並びに／又は、前記入力及び出力ビームの一般的方向並びに前記第１の方向に垂直な第２の方向に別の同期電場、を発生するように準備されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 前記制御手段（ＭＣ）は、ｉ）前記入力ビームを前記非線形結晶（ＣＮ）に向けられる主部分と補助部分とに分割することができるサンプリング手段（ＭＰ）、ｉｉ）前記入力ビームの各々の補助部分の受け取りにより電気パルスを発生することができるオプトエレクトロニクス手段（ＭＯ）、ｉｉｉ）前記非線形結晶（ＣＮ）に対向して配置され、後者（ＣＮ）の中に、各々の発生された電気パルスの受け取りによって前記電場を発生するように準備された電極（Ｅｊ）、及び（ｉｖ）前記入力ビームの前記主部分の前記一次光子を、それらが前記非線形結晶（ＣＮ）に前記発生された電場と同期的に達するように、遅延させるように準備された遅延手段（ＭＲ）を備えることを特徴とする、請求項１及び２のいずれか１項に記載の装置。
4. 前記非線形結晶（ＣＮ）は、入力面（Ｆ１）上及び出力面（Ｆ２）上に、前記一次光子の及び／又は前記二次光子の共振を引き起こすことできる半反射ミラー（ＭＳ）を備えることを特徴とする、請求項３記載の装置。
5. 前記電極（Ｅｊ）の少なくとも１つは、前記非線形結晶（ＣＮ）内に発生された前記電場の空間的変調を引き起こすことができ、前記出力ビームの前記位相不整合の及びスペクトル・プロファイルの修正、及び／又は、波長変換軸に対する前記入力ビームの偏光ベクトルの相対的配向の修正を引き起こすことができる、空間的構造を有することを特徴とする、請求項３及び４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記オプトエレクトロニクス手段（ＭＯ）は、いわゆる「凍結波」発生器を備えることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 順々に配置された少なくとも２つの非線形結晶（ＣＮ）を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記パルス・レーザ光源（ＳＬ）は、いわゆる一次波長を有する一次光子と、前記一次波長の第二高調波に等しい別の波長を有する一次光子とを供給することができること、及び、前記非線形結晶（ＣＮ）は、前記一次波長におけるいわゆる「周波数ダブラー」であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記パルス・レーザ光源（ＳＬ）は、連続波レーザ光源で置き換えることができることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記非線形結晶（ＣＮ）は希土類イオンでドープされ、このドーピングは二次光子の発生と前記一次光子の及び／又は前記二次光子の増幅とを結びつけることを可能にすることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 使用されるレーザ光源は、希土類でドープされた結晶のレーザ・ポンピングを可能にする、一次光子を発生する能力を有することを特徴とする、請求項１０記載の装置。
12. 前記非線形結晶（ＣＮ）は、二次及び／又は三次の非線形性を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記非線形結晶は、透明セラミックス及び／又は透明ガラス−セラミックスであることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記非線形結晶は、中心対称性分子配置を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記非線形結晶は、イットリウム、エルビウム、ツリウム、ホルミウム、ネオジム、プラセオジム、又はセリウムのイオンでドープされ、単独で又は組み合わせて使用されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 試料分析システムであって、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の少なくとも１つの発生装置（ＤＧ）を備え、試料を分析するための多色出力ビームを供給することができることを特徴とするシステム。
17. 前記試料の分析を、多重コヒーレント・アンチストークス・ラマン散乱によって行うことができることを特徴とする、請求項１６記載のシステム。

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