JPH01302328A

JPH01302328A - 光パルス列発生装置

Info

Publication number: JPH01302328A
Application number: JP13386388A
Authority: JP
Inventors: Yasutsugu Osumi; 大隅　安次
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1989-12-06
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: JPH0752270B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は不規則なパルス列群または規則的で高速繰返え
しパルス列群を、十分大きな間隔をもって繰返えす光パ
ルス列を得るための光パルス列発生装置に関するもので
ある。

「従来の技術」従来より光パルス列を得るための装置として、高速繰返
犬しパルスレーザやモードロッカが用いられていた。ま
た、機械的なシャッタ、チョッパ、ポッケルスセルのよ
うな電気光学素子、エタロン等を用いて光パルス列を得
る方法も試みられていた。その他グラスファイバなどの
光学的遅延素子を用い、それぞれ遅延時間を異ならせ、
これらの遅延素子に１つのパルス光を分けて導入し、い
くつかのパルス光を得る方法も知られている。

［発明が解決しようとする課題」従来の方法では、規則的な連続繰返えし時間を有するパ
ルス光しか得られず、第３図に示すように１周期（１２
，）の規則的な高速繰返火し光列群（Ｐｏ）を、充分に
大きな周期（ｄｏ）で繰返えすようなパルス列や、第４
図に示すように、周期（２□）（Ｌ）・・の不規則な高
速繰返えし光列群（Ｐｌ）を充分に大きな周期（ｄ、）
で繰返えすようなパルス列が得られなかった。不規則パ
ルス列を得る方法として、わずかに機械的または電気光
学的なシャッタ、チョッパ等を用いる方法もあったが、
応答速度がせいぜい数ｎ　ｓｅｅ程度で、繰返えし時間
の精度からみて満足できるものではなかった。また、従
来の方法では、パルス光列群のパルス数を任意に設定し
て繰返えすだめの変調装置が複雑で高速追従性の点でも
実用性に乏しいという問題があった。

本発明は規則的または不規則な高速繰返えし光列群を充
分に大きな周期で繰返えすパルス列を簡単な装置で、し
かも応答速度が速く、かつ精度よく得ることを目的とす
るものである。

「課題を解決するための手段」本発明は光源用として基本波のパルスレーザ光を発生す
るパルスレーザ発生装置と、このパルスレーザ発生装置
のパルスレーザの高調波を発生する複数の非線形光学媒
質の間に、前記基本波と高調波に対して光学的に透明な
所定厚さの光学的透明媒質を介在して所定間隔に隔てら
れるように順次積層してなる高調波発生装置とを具備し
てなるものである。

「作用」パルスレーザ発生装置から出力したレーザパルス光は適
当な光学系で平行光線となり高調波発生装置の非線形光
学媒質に入射する。この非線形光学媒質に入射した充分
周期の短かいパルス光は基本波のままのパルス光と第２
高調波のパルス光に分かれる。これらのパルス光は透明
媒質を通過するとき、基本波と第２高調波の波長が２：
１であるため、透明媒質の通過時間に差を生じる。複数
の透明媒質の厚さによりパルス間隔の不規則なパルス光
列が得られる。これらのパルス光列をプリズム等で同一
波長だけを取り出して所定の高速繰返えしパルス光列が
得られる。

「実施例」以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図において、（１）は基本波ωのパルスレーザ光を
発生するパルスレーザ発生装置で、例えばＮｄ−ＹＡＧ
レーザ発生装置からなる。このパルスレーザ発生装置（
１）の出力側には、平行光線を得るための凸レンズ群等
からなるレンズ群（２）を介して高調波発生装置（３）
が設けられている。この高調波発生装置（３）は第２図
に示すように第２高調波２ωを発生する複数の非線形光
学媒質（４，）（４２）・・・と、基本波ωと第２高調
波２ωとの双方に光学的に透明な光学透明媒質（５，）
（５２）・・・とを順次積層してなる。このうち、前記
非線形光学媒質（４１）　（４２）・・・は、例えばＫ
ＤＰ、ＫＴＰ等を所定の厚さまたは長さをもった膜状、
板状または棒状としたものからなるが、また、先導波路
状に微細な構造で形成されたものでもよい。市記光学透
明媒’ｆｆ　（５，）　（５□）・・・は、例えば合成
石英ガラスのような固体とかＮ−ヘキサンのような適当
な屈折率をもった液体からなり、その厚さ（１，）（１
２）・・・はパルス光列の周期によって決定される。こ
れらの非線形光学媒質（４□）（４２）・・と光学透明
媒質（５１）（５□）・・・どの接している界面は。

可能な限り入出射に際して損失の少ないように反射防止
膜（６）・・・を各界面に塗布することが望ましい。こ
のようにして構成された高調波発生装置（３）の出力側
にはレンズ群（７）を介して所定の波長（例えば２ω）
だけを抽出するプリズム（８）が設けられている。

つぎに本発明による装置の作用を説明する。

パルスレーザ発生装置（１）で発生した例えば第４図に
示したある周期（ｄｌ）のレーザパルス光はレンズ群（
２）で光軸に対し平行光線となり、高調波発生装置（３
）に入力する。この高調波発生装置（３）の複数の非線
形光学媒質（４，）（４□）・・・へ入射した十分にパ
ルス幅の狭いパルス光ωは、まず第１の非線形光学媒質
（４□）で一定の変換効率で第２高調波２ののパルス光
を生ずる。このパルス光２ωは新たに第１の非線形光学
媒質（４１）で発せられた光源のようにふるまい光軸と
一定の関係をもった進行方向に進む。この進行方向は非
線形光学媒質の材質や構造に依存するが、その角度は本
発明の要旨に直接関連しないので、ここでは説明を簡単
にするため、光軸方向に進むものとして以下説明する。

第１の非線形光学媒質（４１）へ入射したパルス光ωは
第２高調波である２ωと基本波のままのωとにエネルギ
ー的に分かれるが、これらは非線形光学媒質（４，）・
・・へ入射するときの空間的パワー密度や素材に依存し
た効率や損失で定まる比率で発生する。第１の非線形光
学媒質（４□）を通った基本波ωと第２高調波２ωとは
第１の光学的透明媒質（５１）へ共に入射する。このと
き基本波ωと第２高調波２ωの入射時刻は説明を簡単に
するため同時と仮定すれば、光学的透明媒質（５，）中
を伝播する通過距離および基本波ωと第２高調波２ωと
の波長が２＝１であることに依存して光学的透明媒質（
５１）を通過する所要時間が分散により差を生じる。こ
れら時間差の量は光学的透明媒質（５□）の屈折率と基
本波ωの波長とに関係して厳密には異なる値をもつが１
本発明の動作原理には影響しないので説明を省略する。

このようにして第１の非線形光学媒質（れ）と第１の光
学的透明媒質（５１）を通過した後、第２番の非線形光
学媒質（４□）と第２番の光学的透明媒質（５２）でも
同様にして通過時間は基本波ωと第２高調波２ωとで差
を生じるから、次々と第２高調波パルス２ω１，２ω２
．・・・が発生したことと同じ効果が得られる。すなわ
ち、パルスレーザ発生装置（１）から発したパルス光は
非線形光学媒質（４，）（４□）・・・の個数と同じ数
の第２高調波である光パルス２ω１，２ω２．・・・を
生じる。そのとき、波長は第２高調波２ωの場合は１／
２となり（より高次の高調波についても原理的には可能
）、第２高調波２ωの時間的パルス光間隔ｔｔｔｔｚ・
・・は非線形光学媒質（４，）（４□）・・・間に位置
する光学的透明媒質（５，）（５□）の屈折率と、基本
波ωと第２高調波２ωとが通過する距離すなわち簡単に
は厚さまたは長さ１０，１．・・・に比例した遅延に起
因したものとなる。これら光学的透明媒質（５，）（５
□）の厚さｔｌｌｔ２・・・を個々に変えておけば例え
ば第４図のパルス間隔Ｑ工１Ｉ１２・・・は不規則的に
なる。パルス間隔Ｑ、、Ｑ２・・・を十分長くとるため
には光学的透明媒質（５，）　（５□）を光ファイバの
ようなもので置きかえればよいし、極端にパルス間隔を
短かくしたいときは薄い膜状とすれば実現できる。

本発明による光パルス列発生装置の応用例を以下に説明
する。

（１）ストリークカメラの時間軸較正用光源パルス間隔
を時間軸の基準としストリークカメラの時間軸に応用す
れば所定の時間間隔をもったマーカーとして用いること
ができる。この場合、等間隔ばかりでなく、対数目盛、
等比間隔等も可能である。

（２）ピコ秒吸収分光における検索光源これは不等間隔
の検索光を用いた測定の例で、励起パルスと検索パルス
とは常に一定の時間ずれの関係にあるので測定対象の時
間的変化を正確に測定できる。例えば第５図（ａ）のよ
うに吸光度変化の急激な個所（Ａ）ではパルス間隔の短
かな検索パルス光で測定し、変化のゆるやかな個所（Ｂ
）ではパルス間隔の長い検索パルス光で測定するため、
第５図（ｂ）に示すようなパルス光が高信頼性で得られ
る。

（３）極短パルス間隔光源光源のパルス幅の十分小さいものを使用することにより
高繰返えしパルス列を発生することができる。この場合
、発生した第２高調波のパルスが互いに重ならないこと
が必要である。これらのパルス間隔が電気的変調では得
ることが困難な極く短かい領域で有用な手段となる。例
えば、これまでの高繰返えしレーザ光は高々８０ＭＨｚ
（１２，５ｎｓ間隔）であるからこの間隔の間を本発明
の装置で埋めることにより５０ＧＨｚ程度のクロックが
できる。具体的には８０Ｍ）Ｉｚの１個のパルスを２０
〜３０ｐｓ程度の８本のパルスに代えれば８ビツトシリ
アルの転送も可能となり、光コンピュータの信号等に利
用できる。

「発明の効果」（１）同一軸上にパルストレインができること。

（２）パルスの時間間隔が可変であること。

（３）パルスの時間間隔を規則的にもまた不規則にもで
きること。

（４）パルスの本数を自由に設定できること。

（５）非線形光学媒質を光軸方向に設置するだけで光軸
を大幅にずらすことなくパルス光が得られること。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光パルス列発生装置の一実施例を
示す説明図、第２図は高調波発生装置の拡大説明図、第
３図は規則的な光パルス列の説明図、第４図は不規則な
光パルス列の説明図、第５図（ａ）は吸光度変化特性図
、（ｂ）は同上特性図の検索光パルス列の説明図である
。（１）・・・パルスレーザ発生装置、（２）・・・レン
ズ群、（３）・・・高調波発生装置、（４１）〜・・・
非線形光学媒質、（５、）〜・・・光学的透明媒質、（
６）・・・反射防止膜、（７）・・・レンズ群、（８）
・・・プリズム。出願人　　浜松ホトニクス株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源用として基本波のパルスレーザ光を発生する
パルスレーザ発生装置と、このパルスレーザ発生装置の
パルスレーザの高調波を発生する複数の非線形光学媒質
の間に、前記基本波と高調波に対して光学的に透明な所
定厚さの光学的透明媒質を介在して所定間隔に隔てられ
るように順次積層してなる高調波発生装置とを具備して
なることを特徴とする光パルス列発生装置。
（２）非線形光学媒質は板状の２次高調波発生用素子か
らなり、光学的透明媒質は合成石英からなる請求項（１
）記載の光パルス列発生装置。
（３）非線形光学媒質と光学的透明媒質との接している
界面に反射防止膜を設けてなる請求項（１）記載の光パ
ルス列発生装置。
（４）複数の光学的透明媒質は同一厚さからなり時間間
隔の規則的なパルス列を得るようにした請求項（１）記
載の光パルス列発生装置。
（５）複数の光学的透明媒質は異なる厚さのものを有し
、時間間隔の不規則なパルス列を得るようにした請求項
（１）記載の光パルス列発生装置。