JPH01295230A - 超短光パルス発生器 - Google Patents
超短光パルス発生器Info
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- JPH01295230A JPH01295230A JP12662588A JP12662588A JPH01295230A JP H01295230 A JPH01295230 A JP H01295230A JP 12662588 A JP12662588 A JP 12662588A JP 12662588 A JP12662588 A JP 12662588A JP H01295230 A JPH01295230 A JP H01295230A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は超短光パルス発生器に関するものである。
第３図は、例えば、レーザ研究１５巻、Ｎｏ。
１１．８〜１７頁、１９８７年の１４図に示された従来
の超短光パルス発生器の構成を示す図であり、図におい
て、１は単一モード光ファイバ、２ａ、 ２ｂは分散
回路を構成する回折格子対、３はミラー、４ａ、４ｂは
レンズ、５はハーフミラ−である。
の超短光パルス発生器の構成を示す図であり、図におい
て、１は単一モード光ファイバ、２ａ、 ２ｂは分散
回路を構成する回折格子対、３はミラー、４ａ、４ｂは
レンズ、５はハーフミラ−である。
次に動作について説明する。パルスあるいはＣＷ光に周
波数変調をかけ、周波数チャーピングを与えた後、周波
数により伝搬時間の異なる分散回路を通せば短パルスを
生成、圧縮することができる。ここではファイバ材料１
の光力−効果により、屈折率、従って光位相が光強度波
形に対応して変調される。パルス前半（光増加部）では
光周波数はダウンシフトを受け、後半（光減少部）では
アップシフトを受ける。光ファイバの持つ正常分散の効
果も合わさって、ファイバ１からの出力光パルスには良
質の線形周波数チャーピングが生し、この光パルスが回
折格子対２ａ、２ｂからなる分散回路を経てミラー３で
反射され、さらに上記分散回路を経て戻ってくると、周
波数の高い光は分散回路の長い光路を経由し、周波数の
低い光は分散回路の短い光路を経由することによって路
光の時間的位置がすべて一致し、ハーフミラ−３から図
示下方に出力される出力パルスとしてパルス幅の狭い、
はぼトランスフォームリミソｌ−（Ｔｒａｎｓｆ。
波数変調をかけ、周波数チャーピングを与えた後、周波
数により伝搬時間の異なる分散回路を通せば短パルスを
生成、圧縮することができる。ここではファイバ材料１
の光力−効果により、屈折率、従って光位相が光強度波
形に対応して変調される。パルス前半（光増加部）では
光周波数はダウンシフトを受け、後半（光減少部）では
アップシフトを受ける。光ファイバの持つ正常分散の効
果も合わさって、ファイバ１からの出力光パルスには良
質の線形周波数チャーピングが生し、この光パルスが回
折格子対２ａ、２ｂからなる分散回路を経てミラー３で
反射され、さらに上記分散回路を経て戻ってくると、周
波数の高い光は分散回路の長い光路を経由し、周波数の
低い光は分散回路の短い光路を経由することによって路
光の時間的位置がすべて一致し、ハーフミラ−３から図
示下方に出力される出力パルスとしてパルス幅の狭い、
はぼトランスフォームリミソｌ−（Ｔｒａｎｓｆ。
ｒｍ １１ｍ１ｔ）なパルスに圧縮することが可能であ
る。
る。
従来の超短光パルス発生器は以上のように構成されてお
り、光ファイバの長さ、材料、構造等によって決まる波
長分散特性と回折格子対の角度、グレーティングの大き
さ等によって決まる分散回路特性とを最適化することに
より初めて超短光パルスの発生が可能となるものであっ
た。従ってこの両特性を相互に整合させるのが困難であ
るという問題点があった。
り、光ファイバの長さ、材料、構造等によって決まる波
長分散特性と回折格子対の角度、グレーティングの大き
さ等によって決まる分散回路特性とを最適化することに
より初めて超短光パルスの発生が可能となるものであっ
た。従ってこの両特性を相互に整合させるのが困難であ
るという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、比較的簡単な構成で超短光パルスの発生が可
能な装置を得ることを目的とする。
たもので、比較的簡単な構成で超短光パルスの発生が可
能な装置を得ることを目的とする。
この発明に係る超短光パルス発生器は媒質に非共鳴ポン
プレーザ光を照射することにより、該媒質中の該パルス
の存在する空間の光学特性を、いわゆるＡＣシュタルク
効果によって変化させ、この領域に上記ポンプ光パルス
と波長の異なる第２の光を閉じ込めるようにし、該第２
の光の伝搬遅延を利用して超短光パルスを発生させるよ
うにしたものである。
プレーザ光を照射することにより、該媒質中の該パルス
の存在する空間の光学特性を、いわゆるＡＣシュタルク
効果によって変化させ、この領域に上記ポンプ光パルス
と波長の異なる第２の光を閉じ込めるようにし、該第２
の光の伝搬遅延を利用して超短光パルスを発生させるよ
うにしたものである。
この発明においては以下の２つの基本現象を利用する。
即ち、第１は非共鳴レーザ光により媒質の量子準位がシ
フトする、いわゆるＡＣ−シュタルク効果であり、第２
は媒質を伝搬する光パルスの波長分散特性である。この
２つの現象を用いて超短光パルスの発生を可能とするも
のである。
フトする、いわゆるＡＣ−シュタルク効果であり、第２
は媒質を伝搬する光パルスの波長分散特性である。この
２つの現象を用いて超短光パルスの発生を可能とするも
のである。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による超短光パルス発生器を示
し、図において、２１は非共鳴ポンプレーザ光の照射に
より、いわゆるＡＣシュタルク効果を生じ、超短光パル
ス発生を可能とする媒質、２２ａは媒質のもつ量子準位
に非共鳴の超短光パルス、２３ａは超短光パルス（以後
ポンプ光と呼ぶ）２２ａとは波長の異なる連続発振（Ｃ
Ｗ）レーザ光（以後信号光と呼ぶ）、２２ｂ、２２ｃは
非共鳴パルス２２ａがそれぞれ媒質の入出射端（ｚ＝０
．ｚ＝Ｌ）に入ったときのパルス、２３ｂ、２３ＣはＣ
Ｗレーザ光２３ａが媒質の入出射端でそれぞれ極超短化
されたパルス、２２ｄは出射した非共鳴パルス、２３ｄ
は得られた超短光パルスである。
図はこの発明の一実施例による超短光パルス発生器を示
し、図において、２１は非共鳴ポンプレーザ光の照射に
より、いわゆるＡＣシュタルク効果を生じ、超短光パル
ス発生を可能とする媒質、２２ａは媒質のもつ量子準位
に非共鳴の超短光パルス、２３ａは超短光パルス（以後
ポンプ光と呼ぶ）２２ａとは波長の異なる連続発振（Ｃ
Ｗ）レーザ光（以後信号光と呼ぶ）、２２ｂ、２２ｃは
非共鳴パルス２２ａがそれぞれ媒質の入出射端（ｚ＝０
．ｚ＝Ｌ）に入ったときのパルス、２３ｂ、２３ＣはＣ
Ｗレーザ光２３ａが媒質の入出射端でそれぞれ極超短化
されたパルス、２２ｄは出射した非共鳴パルス、２３ｄ
は得られた超短光パルスである。
まず、本発明で利用する基本物性を第２図を用いて説明
する。簡単のため２準位系媒質を考える。
する。簡単のため２準位系媒質を考える。
第２図（ａ）は２準位系媒質のエネルギーバンド構造を
示し、第２図（ｂ）、 （ｃ）はこの２準位系媒質の誘
導率 χ ＝ χ” ＋ ｊχ” のそれぞれ虚数部χ”、実数部χ５”を示し、虚数部χ
”はほぼ該媒質の吸収率αを表し、実数部χ゛はほぼ該
媒質の屈折率ｎを表すものである。
示し、第２図（ｂ）、 （ｃ）はこの２準位系媒質の誘
導率 χ ＝ χ” ＋ ｊχ” のそれぞれ虚数部χ”、実数部χ５”を示し、虚数部χ
”はほぼ該媒質の吸収率αを表し、実数部χ゛はほぼ該
媒質の屈折率ｎを表すものである。
また該第２図（ｂｌ、 （Ｃ１中のα５．α９ ＋
ｎＳ ＋ ｎ１１等の添字ｓ、ｐはそれぞれ信号光、
ポンプ光を意味し、添付 （１，＝ ０）、 （１，
≠０）はそれぞれポンプ光がないとき、あるときを意味
する。
ｎＳ ＋ ｎ１１等の添字ｓ、ｐはそれぞれ信号光、
ポンプ光を意味し、添付 （１，＝ ０）、 （１，
≠０）はそれぞれポンプ光がないとき、あるときを意味
する。
２準位のエネルギー間隔をω。（角周波数で示す。エネ
ルギーではＥ＝ Ｃ０となる）とし、その基底準位をａ
で、その励起準位をｂで表す。この２準位系に共鳴から
Δω２だけ離調したポンプ光（角周波数ω２）を照射す
ると励起準位すはこのポンプ光によってδω０たけシフ
トする（破線のレベルになる）。この現象はＡＣ−シュ
タルク効果として知られている現象で、 δω０− η■ｐ／Δω９ で与えられる。ここでηは定数、■２はポンプ光強度、
Δω２は離調の大きさである。
ルギーではＥ＝ Ｃ０となる）とし、その基底準位をａ
で、その励起準位をｂで表す。この２準位系に共鳴から
Δω２だけ離調したポンプ光（角周波数ω２）を照射す
ると励起準位すはこのポンプ光によってδω０たけシフ
トする（破線のレベルになる）。この現象はＡＣ−シュ
タルク効果として知られている現象で、 δω０− η■ｐ／Δω９ で与えられる。ここでηは定数、■２はポンプ光強度、
Δω２は離調の大きさである。
ポンプ光（ωい）が無く信号光（ωＳ）だけが媒質を照
射しているときには第２図（ｂ）のχ”は実線のように
なるため、信号光は媒質によって強い吸収（このときの
吸収率は第２図（ｂ）のα、 （１，、＝０）となる。
射しているときには第２図（ｂ）のχ”は実線のように
なるため、信号光は媒質によって強い吸収（このときの
吸収率は第２図（ｂ）のα、 （１，、＝０）となる。
）を受け、媒質の中に入り込むことができない。ところ
が、Δωまたけ離言周したポンプ光（ωｐ）が照射され
ると励起レベルが前述したＡＣ−シュタルク効果により
δω０たけ高エネルギー側にシフトする。この結果、第
２図（ｂ）のχ゛′は破線の状態にシフトし、信号光（
ωＳ）の吸収が低下（このときの吸収率は第２図（ｂｌ
のα、（■２≠０）となる。）し、信号光が媒質中に侵
入できるようになる。しかしポンプ光が無くなると再び
信号光の吸収が増え、信号光は媒質中に入り込めな（な
る。結局、媒質の入射端（ｚ−０）ではポンプ光の存在
する時間だけ、即ちポンプ光パルスのｍ続時間だけ、信
号光が媒質に入り込める。この状態のポンプ光と信号光
のパルス波形（短形波で近似）をそれぞれ第１図の２２
ｂ、２３ｂで示ず。
が、Δωまたけ離言周したポンプ光（ωｐ）が照射され
ると励起レベルが前述したＡＣ−シュタルク効果により
δω０たけ高エネルギー側にシフトする。この結果、第
２図（ｂ）のχ゛′は破線の状態にシフトし、信号光（
ωＳ）の吸収が低下（このときの吸収率は第２図（ｂｌ
のα、（■２≠０）となる。）し、信号光が媒質中に侵
入できるようになる。しかしポンプ光が無くなると再び
信号光の吸収が増え、信号光は媒質中に入り込めな（な
る。結局、媒質の入射端（ｚ−０）ではポンプ光の存在
する時間だけ、即ちポンプ光パルスのｍ続時間だけ、信
号光が媒質に入り込める。この状態のポンプ光と信号光
のパルス波形（短形波で近似）をそれぞれ第１図の２２
ｂ、２３ｂで示ず。
ポンプ光によるレベルのシフトは準位ａ、ｂ間の実遷移
を伴わない仮想遷移であるため媒質の緩和時間によらず
どんなに短い時間でもポンプ光の存在する時間だけレベ
ルのシフトが観察される。
を伴わない仮想遷移であるため媒質の緩和時間によらず
どんなに短い時間でもポンプ光の存在する時間だけレベ
ルのシフトが観察される。
以上の現象を要約すると、ポンプ光か信号光に対して光
の窓を形成し、ポンプ光パルスと同形の信号光パルスが
媒質中を伝搬するということになる。
の窓を形成し、ポンプ光パルスと同形の信号光パルスが
媒質中を伝搬するということになる。
次に本発明ではもう一つ波長分散の効果を利用している
。即ち、ポンプ光（ωｐ）と信号光（ω、、）の各々に
対する媒質の屈折率ｎが異なることによる両者の光の伝
搬速度の違いである。第２図（Ｃ１に示すようにポンプ
光の屈折率ｎｐ（ｉｐ≠０）と信号光の屈折率ｎ５（Ｉ
ｐ≠０）がΔｎだけ異なるため、入射端（ｚ＝０）で同
一パルス波形であったポンプ光と信号光は出射端（ｚ＝
Ｌ）では空間的ずれをもつようになる。この状態をパル
ス波形２２ｃ、２３ｃに示している。
。即ち、ポンプ光（ωｐ）と信号光（ω、、）の各々に
対する媒質の屈折率ｎが異なることによる両者の光の伝
搬速度の違いである。第２図（Ｃ１に示すようにポンプ
光の屈折率ｎｐ（ｉｐ≠０）と信号光の屈折率ｎ５（Ｉ
ｐ≠０）がΔｎだけ異なるため、入射端（ｚ＝０）で同
一パルス波形であったポンプ光と信号光は出射端（ｚ＝
Ｌ）では空間的ずれをもつようになる。この状態をパル
ス波形２２ｃ、２３ｃに示している。
従って第１図において、媒質２１の出射端ではポンプ光
（Ｃ２）により光学窓２２ｃが開げられるが、入射端（
ｚ−０）から出射端（ｚ ＝Ｌ）までの伝搬の間に信号
光のほうにΔｐだけ遅延を生ずるため信号光パルス２３
Ｃのフロントエンドが遅れる。一方、信号光パルス２３
Ｃのテイルばポンプ光２２Ｃのテイルで信号光の吸収が
増加するために同時に立ち下がる。従って、ポンプ光２
２Ｃと信号光２３ｃの遅延時間の差Δ！たけ信号光のパ
ルス波形２３ｃが短縮されることになる。
（Ｃ２）により光学窓２２ｃが開げられるが、入射端（
ｚ−０）から出射端（ｚ ＝Ｌ）までの伝搬の間に信号
光のほうにΔｐだけ遅延を生ずるため信号光パルス２３
Ｃのフロントエンドが遅れる。一方、信号光パルス２３
Ｃのテイルばポンプ光２２Ｃのテイルで信号光の吸収が
増加するために同時に立ち下がる。従って、ポンプ光２
２Ｃと信号光２３ｃの遅延時間の差Δ！たけ信号光のパ
ルス波形２３ｃが短縮されることになる。
なお本発明では、ポンプ光と信号光の周波数を適当に選
べばポンプ光のエネルギーで信号光を増幅しながら超短
光パルスを得ることもできる。
べばポンプ光のエネルギーで信号光を増幅しながら超短
光パルスを得ることもできる。
さらに非共鳴ポンプ光が無いときに信号光の媒質による
吸収を無視できる状態とし、非共鳴ポンプ光が照射され
る時間だけ信号光の吸収が大きくなるようにして、いわ
ゆる超短ダークパルスを発生ずることもできる。
吸収を無視できる状態とし、非共鳴ポンプ光が照射され
る時間だけ信号光の吸収が大きくなるようにして、いわ
ゆる超短ダークパルスを発生ずることもできる。
また、本発明で用いる媒質としては、気体であればアル
カリ金属蒸気を用いることができる。また固体であれば
半導体量子井戸槽゛造を用い、その励起子レベルをＡＣ
−シュタルク効果を起こすための量子準位として用いる
ことができ、あるいは有機高分子を用い、その光活性分
子のレベルを該量子準位として用いることができる。
カリ金属蒸気を用いることができる。また固体であれば
半導体量子井戸槽゛造を用い、その励起子レベルをＡＣ
−シュタルク効果を起こすための量子準位として用いる
ことができ、あるいは有機高分子を用い、その光活性分
子のレベルを該量子準位として用いることができる。
以上のように、この発明によれば媒質に非共鳴ポンプレ
ーザ光を照射したとき媒質の量子準位がシフトする、い
わゆるＡＣ−シュタルク効果と、この媒質中での光パル
スの伝搬の波長分散特性とを利用することにより、これ
まで発生が困難であった極超短光パルスを容易に発生で
きる効果がある。
ーザ光を照射したとき媒質の量子準位がシフトする、い
わゆるＡＣ−シュタルク効果と、この媒質中での光パル
スの伝搬の波長分散特性とを利用することにより、これ
まで発生が困難であった極超短光パルスを容易に発生で
きる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による超短光パルス発生器
の構成図、第２図はこの発明で利用しているＡＣ−シュ
タルク効果を説明するための図、第３図は従来の超短光
パルス発生器の構成図である。 ２１は媒質、２２は非共鳴ポンプ光パルス、２３は超短
パルス化される信号光（ＣＷ光）である。
の構成図、第２図はこの発明で利用しているＡＣ−シュ
タルク効果を説明するための図、第３図は従来の超短光
パルス発生器の構成図である。 ２１は媒質、２２は非共鳴ポンプ光パルス、２３は超短
パルス化される信号光（ＣＷ光）である。
Claims (1)
- （１）媒質の持つ量子準位に非共鳴の光パルスを照射し
たときその量子準位がシフトするいわゆるＡＣ−シュタ
ルク効果を生じる媒質と、 該媒質に上記非共鳴ポンプレーザ光を照射するパルス光
発生手段と、 上記媒質に上記非共鳴ポンプレーザ光とは波長の異なる
信号レーザ光を入射する光入射手段とを備え、 上記ポンプレーザ光のパルス幅より上記媒質中での上記
ポンプ光と信号光との伝搬時間の差だけ短い信号パルス
光を得るようにしたことを特徴とする超短光パルス発生
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12662588A JPH01295230A (ja) | 1988-05-23 | 1988-05-23 | 超短光パルス発生器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12662588A JPH01295230A (ja) | 1988-05-23 | 1988-05-23 | 超短光パルス発生器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01295230A true JPH01295230A (ja) | 1989-11-28 |
Family
ID=14939823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12662588A Pending JPH01295230A (ja) | 1988-05-23 | 1988-05-23 | 超短光パルス発生器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01295230A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003502700A (ja) * | 1999-06-15 | 2003-01-21 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 疑似単色の光学パルスをプログラミング可能な時間プロファイル整形するための方法及び装置 |
-
1988
- 1988-05-23 JP JP12662588A patent/JPH01295230A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003502700A (ja) * | 1999-06-15 | 2003-01-21 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 疑似単色の光学パルスをプログラミング可能な時間プロファイル整形するための方法及び装置 |
| JP4689118B2 (ja) * | 1999-06-15 | 2011-05-25 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 疑似単色の光学パルスをプログラミング可能な時間プロファイル整形するための方法及び装置 |
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