JPH07218936A - 超短レーザパルスの圧縮および増幅の方法および装置 - Google Patents
超短レーザパルスの圧縮および増幅の方法および装置Info
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- JPH07218936A JPH07218936A JP26647392A JP26647392A JPH07218936A JP H07218936 A JPH07218936 A JP H07218936A JP 26647392 A JP26647392 A JP 26647392A JP 26647392 A JP26647392 A JP 26647392A JP H07218936 A JPH07218936 A JP H07218936A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 縮退相互位相変調および縮退４波混合を用い
る光パルスの圧縮および増幅の方法および装置を提供す
る。 【構成】 プローブパルス６９と、１対のポンピングパ
ルス９３および９１とが凝縮された物質１０１中におい
て協働するように配置され、ポンピングパルス９３およ
び９１は、プローブパルス６９と同じ周波数を有する。
第１ポンピングパルス９３はプローブパルス６９の前端
部に重なり、第２ポンピングパルス９１はプローブパル
ス６９の後端部に重なる。プローブパルス６９は直線偏
光している。ポンピングパルス９３および９１は、プロ
ーブパルス６９に対して直角に偏光しているので、ポン
ピングパルス９３および９１は偏光子１０５を用いてフ
ィルタ除去可能であり、またプローブパルス６９よりも
大きい強度を有する。プロープパルス６９と、ポンピン
グパルス９３および９１との間の伝搬定数の不整合は、
ほぼ０に等しい。
る光パルスの圧縮および増幅の方法および装置を提供す
る。 【構成】 プローブパルス６９と、１対のポンピングパ
ルス９３および９１とが凝縮された物質１０１中におい
て協働するように配置され、ポンピングパルス９３およ
び９１は、プローブパルス６９と同じ周波数を有する。
第１ポンピングパルス９３はプローブパルス６９の前端
部に重なり、第２ポンピングパルス９１はプローブパル
ス６９の後端部に重なる。プローブパルス６９は直線偏
光している。ポンピングパルス９３および９１は、プロ
ーブパルス６９に対して直角に偏光しているので、ポン
ピングパルス９３および９１は偏光子１０５を用いてフ
ィルタ除去可能であり、またプローブパルス６９よりも
大きい強度を有する。プロープパルス６９と、ポンピン
グパルス９３および９１との間の伝搬定数の不整合は、
ほぼ０に等しい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超短レーザパルスの圧
縮および増幅の方法および装置に関する。
縮および増幅の方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ここで用いられる「超短レーザパルス」
という用語は、レーザから発射されるほぼピコ秒または
フェムト秒の大きさの光パルスの呼称である。
という用語は、レーザから発射されるほぼピコ秒または
フェムト秒の大きさの光パルスの呼称である。
【０００３】強い超短レーザパルスが凝縮された物質内
を伝搬する時、それはその物質の原子および分子配置を
一時的にひずませる。物質のこのひずみは、その物質の
屈折率を瞬間的に変化させる。屈折率のこの変化は、伝
搬する強いパルスの強度に正比例する。物質の屈折率の
変化はさらに、伝搬する強い光パルスの位相変化を起こ
す。その位相変化は、パルス包絡線内における周波数掃
引を起こし、その結果通常は、パルスの後端部において
は青方偏移が、パルスの前端部においては赤方偏移が起
こる。通常は、その効果はパルスのスペクトルの拡大と
なり、その結果超連続体が発生する。伝搬する強い光パ
ルスに対するこのスペクトル的効果は、通常自己位相変
調効果と呼ばれる。
を伝搬する時、それはその物質の原子および分子配置を
一時的にひずませる。物質のこのひずみは、その物質の
屈折率を瞬間的に変化させる。屈折率のこの変化は、伝
搬する強いパルスの強度に正比例する。物質の屈折率の
変化はさらに、伝搬する強い光パルスの位相変化を起こ
す。その位相変化は、パルス包絡線内における周波数掃
引を起こし、その結果通常は、パルスの後端部において
は青方偏移が、パルスの前端部においては赤方偏移が起
こる。通常は、その効果はパルスのスペクトルの拡大と
なり、その結果超連続体が発生する。伝搬する強い光パ
ルスに対するこのスペクトル的効果は、通常自己位相変
調効果と呼ばれる。
【０００４】凝縮された物質中を伝搬する強い超短レー
ザパルスは、自己位相変調を受けるほかに、自己集束、
すなわちパルス断面の縮径化、を受ける。自己集束は、
通常は、光パルスの強度がその中心部において最大であ
り、その外縁部において最小であるために起こる。ｎは
パルス強度に正比例するので、パルスの中心部は、パル
スの外縁部におけるよりも大きい物質屈折率の変化を起
こす。従って、パルスの中心部はその外縁部よりも低速
度で進み、外縁部をしてパルスの中心部に向かって曲が
り込ましめる。この効果がビームを集束させる。
ザパルスは、自己位相変調を受けるほかに、自己集束、
すなわちパルス断面の縮径化、を受ける。自己集束は、
通常は、光パルスの強度がその中心部において最大であ
り、その外縁部において最小であるために起こる。ｎは
パルス強度に正比例するので、パルスの中心部は、パル
スの外縁部におけるよりも大きい物質屈折率の変化を起
こす。従って、パルスの中心部はその外縁部よりも低速
度で進み、外縁部をしてパルスの中心部に向かって曲が
り込ましめる。この効果がビームを集束させる。
【０００５】凝縮された物質内を伝搬する強い超短レー
ザパルスは、自己位相変調および自己集束を受けるほか
に、共に伝搬する弱い光パルスの位相変調および／また
は集束を誘導するためにも用いられうる。これらの現象
は、通常それぞれ相互位相変調および誘導集束と呼ばれ
る。
ザパルスは、自己位相変調および自己集束を受けるほか
に、共に伝搬する弱い光パルスの位相変調および／また
は集束を誘導するためにも用いられうる。これらの現象
は、通常それぞれ相互位相変調および誘導集束と呼ばれ
る。
【０００６】相互位相変調は、周波数偏移（すなわち、
青方偏移または赤方偏移）またはスペクトル拡大（すな
わち、超連続体発生）を起こし、その特定効果は、弱い
パルスと強いパルスとが物質中を伝搬する相対時刻に依
存する。例えば、もし強いパルスが弱いパルスよりも大
きい波長を有すれば、強いパルスは、より速く物質中を
進む。従って、強いパルスと弱いパルスとが同時に物質
内へ送られて伝搬すれば、弱いパルスは、強いパルスの
後端部によって起こされる屈折率の変化に強くさらされ
る。（これは通常、後部ウォークオフ（Ｗａｌｋ−ｏｆ
ｆ）と呼ばれる）。後部ウォークオフによって起こるの
は、弱いパルスの青方偏移である。同様にして、もし弱
いパルスが強いパルスより前に物質内へ送られて伝搬す
れば、弱いパルスは、強いパルスの前端部による屈折率
変化の効果を受ける（前部ウォークオフ）。前部ウォー
クオフによって起こるのは、弱いパルスの赤方偏移であ
る。最後に、もし弱いパルスと強いパルスとが物質内へ
送られて、弱いパルスが強いパルスの後端部および前端
部の双方によって起こされる屈折率の変化にさらされる
（すなわち対称的ウォークオフまたは無ウォークオフ）
ように伝搬すれば、弱いパルスはスペクトル的に赤方お
よび青方の双方へ拡大される。
青方偏移または赤方偏移）またはスペクトル拡大（すな
わち、超連続体発生）を起こし、その特定効果は、弱い
パルスと強いパルスとが物質中を伝搬する相対時刻に依
存する。例えば、もし強いパルスが弱いパルスよりも大
きい波長を有すれば、強いパルスは、より速く物質中を
進む。従って、強いパルスと弱いパルスとが同時に物質
内へ送られて伝搬すれば、弱いパルスは、強いパルスの
後端部によって起こされる屈折率の変化に強くさらされ
る。（これは通常、後部ウォークオフ（Ｗａｌｋ−ｏｆ
ｆ）と呼ばれる）。後部ウォークオフによって起こるの
は、弱いパルスの青方偏移である。同様にして、もし弱
いパルスが強いパルスより前に物質内へ送られて伝搬す
れば、弱いパルスは、強いパルスの前端部による屈折率
変化の効果を受ける（前部ウォークオフ）。前部ウォー
クオフによって起こるのは、弱いパルスの赤方偏移であ
る。最後に、もし弱いパルスと強いパルスとが物質内へ
送られて、弱いパルスが強いパルスの後端部および前端
部の双方によって起こされる屈折率の変化にさらされる
（すなわち対称的ウォークオフまたは無ウォークオフ）
ように伝搬すれば、弱いパルスはスペクトル的に赤方お
よび青方の双方へ拡大される。
【０００７】相互位相変調から起こるスペクトルの変化
は、弱いパルスが分散性媒体（すなわち光ファイバ）ま
たは分散性の光学的成分（すなわちグレーティングまた
はプリズム）内へ伝搬した時に、その弱いパルスの時間
的なプロフィールの変化を生ぜしめる。例えば、もし相
互位相変調の結果、弱いパルスのスペクトルの拡大が起
これば、グレーティング対を通してその弱いパルスがさ
らに伝搬すると、（パルス後部においてＸＰＭによって
発生した）その青方偏移した周波数に対し、（パルス前
部においてＸＰＭによって発生した）その赤方偏移した
周波数が低速化され、従って弱いパルスのパルス持続時
間は短縮される。
は、弱いパルスが分散性媒体（すなわち光ファイバ）ま
たは分散性の光学的成分（すなわちグレーティングまた
はプリズム）内へ伝搬した時に、その弱いパルスの時間
的なプロフィールの変化を生ぜしめる。例えば、もし相
互位相変調の結果、弱いパルスのスペクトルの拡大が起
これば、グレーティング対を通してその弱いパルスがさ
らに伝搬すると、（パルス後部においてＸＰＭによって
発生した）その青方偏移した周波数に対し、（パルス前
部においてＸＰＭによって発生した）その赤方偏移した
周波数が低速化され、従って弱いパルスのパルス持続時
間は短縮される。
【０００８】相互位相変調はまた、共に伝搬する弱いパ
ルスの空間的分布を変化させるためにも用いられる。こ
の効果は、強いパルスが空間的に変化する非線形屈折率
を発生する時に起こる。例えば、空間的なガウス分布を
なす強度を有するポンピングパルスは、弱いパルスの伝
搬軸上に高い屈折率を発生せしめる。その結果、その弱
いパルスの外縁部はパルスの中心部に向かって曲がり込
み、その弱いパルスは集束する。
ルスの空間的分布を変化させるためにも用いられる。こ
の効果は、強いパルスが空間的に変化する非線形屈折率
を発生する時に起こる。例えば、空間的なガウス分布を
なす強度を有するポンピングパルスは、弱いパルスの伝
搬軸上に高い屈折率を発生せしめる。その結果、その弱
いパルスの外縁部はパルスの中心部に向かって曲がり込
み、その弱いパルスは集束する。
【０００９】技術用語としての相互位相変調は、一般に
相互位相変調および誘導集束の双方を呼ぶ用語としてし
ばしば用いられる。
相互位相変調および誘導集束の双方を呼ぶ用語としてし
ばしば用いられる。
【００１０】凝縮された物質は、本技術分野においては
周知である。凝縮された物質の例としては、ＢＫ−７ガ
ラス、ＣｄＳｅ、液体Ｃｓ２、ＮａＣｌ結晶、ドープさ
れたガラス、半導体バルクおよび量子構造、ガラス内の
微結晶半導体粒子、ポリジアセチレン有機重合体、およ
び光ファイバがある。
周知である。凝縮された物質の例としては、ＢＫ−７ガ
ラス、ＣｄＳｅ、液体Ｃｓ２、ＮａＣｌ結晶、ドープさ
れたガラス、半導体バルクおよび量子構造、ガラス内の
微結晶半導体粒子、ポリジアセチレン有機重合体、およ
び光ファイバがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光パ
ルスの圧縮および増幅の方法および装置を提供すること
である。
ルスの圧縮および増幅の方法および装置を提供すること
である。
【００１２】本発明のもう１つの目的は、グレーティン
グまたはプリズムを使用しない、光パルスの圧縮および
増幅の方法および装置を提供することである。
グまたはプリズムを使用しない、光パルスの圧縮および
増幅の方法および装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の第１光パルスの
圧縮および増幅方法は、１つの偏光モードにより該第１
光パルスを偏光せしめるステップと、それぞれが該第１
光パルスと同じ周波数および該第１光パルスより大きい
強度を有しかつ他の偏光状態に偏光せしめられている第
２および第３の光パルスを発生せしめるステップと、該
第２パルスが前記第１パルスの前端部に重なり、該第３
パルスが該第１パルスの後端部に重なるようにし、該第
１パルスと該第２および第３パルスのそれぞれとの間の
伝搬定数の不整合が約０であるようにして、該第２およ
び第３光パルスを共に凝縮された物質から成る物体中を
伝搬せしめることによって前記第１光パルスが該凝縮さ
れた物質中を通過する時圧縮されかつ増幅されるように
するステップと、を含む。
圧縮および増幅方法は、１つの偏光モードにより該第１
光パルスを偏光せしめるステップと、それぞれが該第１
光パルスと同じ周波数および該第１光パルスより大きい
強度を有しかつ他の偏光状態に偏光せしめられている第
２および第３の光パルスを発生せしめるステップと、該
第２パルスが前記第１パルスの前端部に重なり、該第３
パルスが該第１パルスの後端部に重なるようにし、該第
１パルスと該第２および第３パルスのそれぞれとの間の
伝搬定数の不整合が約０であるようにして、該第２およ
び第３光パルスを共に凝縮された物質から成る物体中を
伝搬せしめることによって前記第１光パルスが該凝縮さ
れた物質中を通過する時圧縮されかつ増幅されるように
するステップと、を含む。
【００１４】本発明の第１光パルスの圧縮および増幅装
置は、該第１光パルスを１つの偏光モードで偏光せしめ
る手段と、それぞれが前記第１光パルスと同じ周波数
と、圧縮されかつ増幅されるべき前記第１光パルスより
大きい強度と、を有し、他の偏光モードで偏光せしめら
れている第２および第３の光パルスを発生する手段と、
該３パルスを重なり合う関係をもって共通径路に沿って
進むように組合わせる手段と、該共通径路に沿って配置
された凝縮された物質と、を含み、前記３パルスの間の
伝搬定数の不整合が約０であり、それによって前記凝縮
された物質を通過する時に前記第１光パルスが圧縮さ
れ、かつ増幅されるようになっている。
置は、該第１光パルスを１つの偏光モードで偏光せしめ
る手段と、それぞれが前記第１光パルスと同じ周波数
と、圧縮されかつ増幅されるべき前記第１光パルスより
大きい強度と、を有し、他の偏光モードで偏光せしめら
れている第２および第３の光パルスを発生する手段と、
該３パルスを重なり合う関係をもって共通径路に沿って
進むように組合わせる手段と、該共通径路に沿って配置
された凝縮された物質と、を含み、前記３パルスの間の
伝搬定数の不整合が約０であり、それによって前記凝縮
された物質を通過する時に前記第１光パルスが圧縮さ
れ、かつ増幅されるようになっている。
【００１５】さまざまな特徴、目的、および利点は、以
下の説明において明らかにされる。その説明において
は、説明の一部をなす添付図面が参照され、該図面には
本発明の特定の実施例が図示されている。それらの実施
例は、本技術分野に習熟した者が本発明を実施しうるに
十分なように詳述されるが、他の実施例も利用されうる
こと、また本発明の範囲を逸脱することなく、構造上の
変更がなされうること、を理解すべきである。従って、
以下の詳細な説明は、限定的な意味を有するものと解釈
されるべきではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲
により最もよく定められるものである。添付図面におい
て、同じ参照番号は同じ部品を示す。
下の説明において明らかにされる。その説明において
は、説明の一部をなす添付図面が参照され、該図面には
本発明の特定の実施例が図示されている。それらの実施
例は、本技術分野に習熟した者が本発明を実施しうるに
十分なように詳述されるが、他の実施例も利用されうる
こと、また本発明の範囲を逸脱することなく、構造上の
変更がなされうること、を理解すべきである。従って、
以下の詳細な説明は、限定的な意味を有するものと解釈
されるべきではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲
により最もよく定められるものである。添付図面におい
て、同じ参照番号は同じ部品を示す。
【００１６】
【実施例】本発明は、相互位相変調（ＸＰＭ）および縮
退４波混合（ＤＦＷＭ）を利用した、光パルスの圧縮お
よび増幅の方法および装置に関する。
退４波混合（ＤＦＷＭ）を利用した、光パルスの圧縮お
よび増幅の方法および装置に関する。
【００１７】弱い光パルスが強い光パルスと共に媒体内
を伝搬する時には、弱いパルスの位相は、強いパルスに
起因する屈折率の時間的変化により変調されうる。この
プロセスは、相互位相変調（ＸＰＭ）と呼ばれる。ＸＰ
Ｍは、誘導されたラマン散乱パルスの発生、第２調波発
生パルス、および誘導された４光子混合パルスにとって
固有のものである。ＸＰＭは、超短プローブパルスの時
間的、スペクトル的、および空間的性質の制御に用いら
れうる。ＸＰＭは、縮退４波混合（ＤＦＷＭ）を伴うこ
とができ、これはプローブパルスの増幅を起こす。
を伝搬する時には、弱いパルスの位相は、強いパルスに
起因する屈折率の時間的変化により変調されうる。この
プロセスは、相互位相変調（ＸＰＭ）と呼ばれる。ＸＰ
Ｍは、誘導されたラマン散乱パルスの発生、第２調波発
生パルス、および誘導された４光子混合パルスにとって
固有のものである。ＸＰＭは、超短プローブパルスの時
間的、スペクトル的、および空間的性質の制御に用いら
れうる。ＸＰＭは、縮退４波混合（ＤＦＷＭ）を伴うこ
とができ、これはプローブパルスの増幅を起こす。
【００１８】本発明によれば、周波数は同じであるが、
偏光状態と強度とは異なる２つの光パルスは、凝縮され
た物質中において、弱い方のパルスの圧縮および増幅を
生じるように相互作用する。これは、今後、縮退４波混
合（ＤＦＷＭ）に結合した縮退相互位相変調（ＤＸＰ
Ｍ）と呼ばれる。
偏光状態と強度とは異なる２つの光パルスは、凝縮され
た物質中において、弱い方のパルスの圧縮および増幅を
生じるように相互作用する。これは、今後、縮退４波混
合（ＤＦＷＭ）に結合した縮退相互位相変調（ＤＸＰ
Ｍ）と呼ばれる。
【００１９】基礎となる理論を以下に述べる。２つのパ
ルスの全電界は次の形に書ける。
ルスの全電界は次の形に書ける。
【００２０】
【数１】
【００２１】ゆっくり変化する包絡線近似を用いると、
２つの偏光成分を支配する次の連立非線形波動方程式が
得られる。
２つの偏光成分を支配する次の連立非線形波動方程式が
得られる。
【００２２】
【数２】
【数３】 ただし、νｇｘおよびνｇｙは、それぞれｘ軸およびｙ
軸に沿って偏光している光の群速度であり、ｋ（２）は
群速度分散であり、ｎ２＝３Ｘ（３）ｘｘｘ／δｎは非
線形屈折率であり、Δｋ＝ｋｘ−ｋｙは２つの直角方向
に偏光している光波の間の伝搬定数不整合である。
軸に沿って偏光している光の群速度であり、ｋ（２）は
群速度分散であり、ｎ２＝３Ｘ（３）ｘｘｘ／δｎは非
線形屈折率であり、Δｋ＝ｋｘ−ｋｙは２つの直角方向
に偏光している光波の間の伝搬定数不整合である。
【００２３】数２または数３における最後の項は、縮退
４波混合（ＤＦＷＭ）であり、これが振幅および位相を
変調する。ＤＸＰＭプロセスの強度は、ビート長ＬＢ＝
２π（ｋｘ−ｋｙ）によって表わされることを特徴とす
る、直角方向に偏光しているポンピングパルスとプロー
ブパルスとの間の位相整合の程度に依存する。もし、媒
体の長さＬ》ＬＢであれば、数２および数３の最後の項
は無視されうる。ＤＸＰＭの結合項はＸＰＭの結合項よ
り弱い。そのわけは、交差項の係数がＸＰＭの場合は２
であるのに対して、ＤＸＰＭの場合は２／３であるから
である。異なる周波数の２つの光波間のＸＰＭに対する
全ての解は、因子２を２／３に置換すればこのＤＸＰＭ
の場合にも成立する。非複屈折性媒体の場合におけるよ
うな、ある場合には、Δｋは０と仮定されうる。この条
件（Δｋ＝０）のもとでは、ＤＦＷＭ項Ａｘ ２Ａｙ ＊か
ら振幅変調および位相変調への寄与を考慮しなくてはな
らない。
４波混合（ＤＦＷＭ）であり、これが振幅および位相を
変調する。ＤＸＰＭプロセスの強度は、ビート長ＬＢ＝
２π（ｋｘ−ｋｙ）によって表わされることを特徴とす
る、直角方向に偏光しているポンピングパルスとプロー
ブパルスとの間の位相整合の程度に依存する。もし、媒
体の長さＬ》ＬＢであれば、数２および数３の最後の項
は無視されうる。ＤＸＰＭの結合項はＸＰＭの結合項よ
り弱い。そのわけは、交差項の係数がＸＰＭの場合は２
であるのに対して、ＤＸＰＭの場合は２／３であるから
である。異なる周波数の２つの光波間のＸＰＭに対する
全ての解は、因子２を２／３に置換すればこのＤＸＰＭ
の場合にも成立する。非複屈折性媒体の場合におけるよ
うな、ある場合には、Δｋは０と仮定されうる。この条
件（Δｋ＝０）のもとでは、ＤＦＷＭ項Ａｘ ２Ａｙ ＊か
ら振幅変調および位相変調への寄与を考慮しなくてはな
らない。
【００２４】縮退の場合に数１および数２の方程式を解
くのには数値解析が用いられ、その場合には解析を簡単
化するために、弱いプローブパルスのＳＰＭは無視さ
れ、νｇｘ＝νｇｙ＝νｇが仮定される。次の無次元の
変数を導入する。
くのには数値解析が用いられ、その場合には解析を簡単
化するために、弱いプローブパルスのＳＰＭは無視さ
れ、νｇｘ＝νｇｙ＝νｇが仮定される。次の無次元の
変数を導入する。
【００２５】
【数４】 ただし、
【数５】 は分散長であってパルス持続時間はこの長さ上において
分散効果により約４０％増大するのであり、τ＝（ｔ−
ｚ／νｇ）であり、Ｔｏはパルス持続時間の１／ｃであ
り、Ａｅｆｆは有効断面積であり、Ｐｊは入力パルスの
ピーク電力である。
分散効果により約４０％増大するのであり、τ＝（ｔ−
ｚ／νｇ）であり、Ｔｏはパルス持続時間の１／ｃであ
り、Ａｅｆｆは有効断面積であり、Ｐｊは入力パルスの
ピーク電力である。
【００２６】連立非線形波動方程式である数２および数
３は、次のようになる。
３は、次のようになる。
【００２７】
【数６】
【数７】 ただし、
【数８】 であり、
【数９】 は非線形長である。
【００２８】分散項の符号の選択はｋ（２）の符号に依
存し、正常ＧＶＤ（ｋ（２）＞０）の場合は＋符号とな
り、以上ＧＶＤ（ｋ（２）＜０）の場合は−符号とな
る。例えば、λ＜１．３３μｍがシリカファイバに対す
る正常分散領域である。λ＝０．５３μｍにおいて群速
度分散ｋ（２）は約０．０６ｐｓ２／ｍとなる。数５か
らＴｏ＝１００ｆｓに対してはＬｏ〜０．１ｍとなる。
単一モードファイバでＰｏ〜１０００Ｗの場合は、数９
からＬＮＬ＝０．１ｍとなる。これらの値を数８に代入
すると、Ｎ〜１であることがわかる。ガラスファイバの
場合は、λ＞１．３μｍが異常分散領域となる。λ＝
１．５５μｍにおいては、ｋ（２）〜−０．０２ｐｓ２
／ｍとなる。この場合は、Ｔ＝１００ｆｓに対してはＬ
Ｄ〜０．５ｍとなり、Ｐｏ＝１０００Ｗに対してはＬ
ＮＬ〜０．１ｍとなる。従って、Ｎ〜１となる。Ｎ＝１
は基本ソリトン（ｓｏｌｉｔｏｎ）に対応し、Ｎ＞１は
高次ソリトンに対応する。液体サンプルの場合には、ポ
ンピングパルスのピーク電力は、固体内のそれより著し
く高くなりうる。この場合には、Ｎは１０程度になりう
る。
存し、正常ＧＶＤ（ｋ（２）＞０）の場合は＋符号とな
り、以上ＧＶＤ（ｋ（２）＜０）の場合は−符号とな
る。例えば、λ＜１．３３μｍがシリカファイバに対す
る正常分散領域である。λ＝０．５３μｍにおいて群速
度分散ｋ（２）は約０．０６ｐｓ２／ｍとなる。数５か
らＴｏ＝１００ｆｓに対してはＬｏ〜０．１ｍとなる。
単一モードファイバでＰｏ〜１０００Ｗの場合は、数９
からＬＮＬ＝０．１ｍとなる。これらの値を数８に代入
すると、Ｎ〜１であることがわかる。ガラスファイバの
場合は、λ＞１．３μｍが異常分散領域となる。λ＝
１．５５μｍにおいては、ｋ（２）〜−０．０２ｐｓ２
／ｍとなる。この場合は、Ｔ＝１００ｆｓに対してはＬ
Ｄ〜０．５ｍとなり、Ｐｏ＝１０００Ｗに対してはＬ
ＮＬ〜０．１ｍとなる。従って、Ｎ〜１となる。Ｎ＝１
は基本ソリトン（ｓｏｌｉｔｏｎ）に対応し、Ｎ＞１は
高次ソリトンに対応する。液体サンプルの場合には、ポ
ンピングパルスのピーク電力は、固体内のそれより著し
く高くなりうる。この場合には、Ｎは１０程度になりう
る。
【００２９】超短光パルスが媒体内を伝搬する時は、群
速度分散ｋ（２）と、自己位相変調との結合効果の結果
として、その形状はかなり変化する。ファイバの異常分
散領域においては、パルスは圧縮または分割されうる
が、これは、ある臨界電力レベルにおける高次ソリトン
の特性である。正常分散領域においては、光波破壊とし
て知られる現象の結果として、パルスはスペクトルサイ
ドロープを含む両翼内に高速発振を生じうる。強いポン
ピングパルスと共に伝搬する弱いプローブパルスの１端
縁近くの高速発振は、ＧＶＤとＸＰＭとの結合効果から
生じうることが示された。
速度分散ｋ（２）と、自己位相変調との結合効果の結果
として、その形状はかなり変化する。ファイバの異常分
散領域においては、パルスは圧縮または分割されうる
が、これは、ある臨界電力レベルにおける高次ソリトン
の特性である。正常分散領域においては、光波破壊とし
て知られる現象の結果として、パルスはスペクトルサイ
ドロープを含む両翼内に高速発振を生じうる。強いポン
ピングパルスと共に伝搬する弱いプローブパルスの１端
縁近くの高速発振は、ＧＶＤとＸＰＭとの結合効果から
生じうることが示された。
【００３０】異常領域における圧縮効果は、弱いプロー
ブパルスの周波数チャープが強いポンピングパルスによ
って誘導されることを除外すれば、ソリトン効果圧縮と
同じである。プローブパルスが圧縮されるためには、２
つのパルス間の初期遅延が０でなくてはならないことは
明らかである。
ブパルスの周波数チャープが強いポンピングパルスによ
って誘導されることを除外すれば、ソリトン効果圧縮と
同じである。プローブパルスが圧縮されるためには、２
つのパルス間の初期遅延が０でなくてはならないことは
明らかである。
【００３１】図１は、ＤＦＷＭを生ぜしめるために、プ
ローブパルスとポンピングパルスとの間の正規化遅延が
Ｔｄ＝２でありかつΔｋ＝０である場合の、正常分散領
域内にある単一ポンピングパルス（点線の曲線）の下で
のプローブパルス（実線の曲線）に対するＤＸＰＭ方程
式数６および数７の数値解を示す。最初のパルスの形状
は、ポンピングパルスおよびプローブパルスの双方にお
いてガウス的である。この場合においては、ポンピング
パルスの前端部がプローブパルスの後部に赤方チャープ
を誘導している。赤方チャープした光は速く進むので、
このプロセスは、正常分散領域内でのパルス圧縮を生せ
しめる。プローブパルスは圧縮と共に増幅をも受ける。
しかし、圧縮されたパルスは対称的ではなくなる。
ローブパルスとポンピングパルスとの間の正規化遅延が
Ｔｄ＝２でありかつΔｋ＝０である場合の、正常分散領
域内にある単一ポンピングパルス（点線の曲線）の下で
のプローブパルス（実線の曲線）に対するＤＸＰＭ方程
式数６および数７の数値解を示す。最初のパルスの形状
は、ポンピングパルスおよびプローブパルスの双方にお
いてガウス的である。この場合においては、ポンピング
パルスの前端部がプローブパルスの後部に赤方チャープ
を誘導している。赤方チャープした光は速く進むので、
このプロセスは、正常分散領域内でのパルス圧縮を生せ
しめる。プローブパルスは圧縮と共に増幅をも受ける。
しかし、圧縮されたパルスは対称的ではなくなる。
【００３２】圧縮されたパルスの品質を改善するために
は、２重ポンピングパルスを使用することができる。図
２は、プローブパルスとポンピングパルスとの間の正規
化された遅延がＴｄ＝２でありかつΔｋ＝０である場合
の、正常分散領域内にある２重ポンピングパルス（点線
の曲線）の下でのプローブパルス（実線の曲線）に対す
るＤＸＰＭ方程式数６および数７の数値解を示す。最初
のパルスの形状は、この場合も、ポンピングパルスおよ
びプローブパルスの双方においてガウス的である。この
場合においては、第１ポンピングパルスの後端部がプロ
ーブパルスの前部に青方チャープを誘導し、一方、第２
ポンピングパルスの前端部がプローブパルスの後部に赤
方チャープを誘導する。青色光は赤色光よりも低速度で
進むので、このプロセスは、正常分散領域内での顕著な
パルス圧縮を生ぜしめる。圧縮されたパルスは対称的に
なり、パルス持続時間は１／１５に短縮される。弱いプ
ローブパルスはさらに、縮退４波混合の存在により、ポ
ンピングパルスによって増幅される。この増幅は、圧縮
されたパルスの品質をさらに改善する。この増幅は、相
互作用の長さによる。上述の場合においては、プローブ
パルスの０．０５における出力エネルギーは、その入力
値の約２．３倍になる。電力利得は約３０倍である。
は、２重ポンピングパルスを使用することができる。図
２は、プローブパルスとポンピングパルスとの間の正規
化された遅延がＴｄ＝２でありかつΔｋ＝０である場合
の、正常分散領域内にある２重ポンピングパルス（点線
の曲線）の下でのプローブパルス（実線の曲線）に対す
るＤＸＰＭ方程式数６および数７の数値解を示す。最初
のパルスの形状は、この場合も、ポンピングパルスおよ
びプローブパルスの双方においてガウス的である。この
場合においては、第１ポンピングパルスの後端部がプロ
ーブパルスの前部に青方チャープを誘導し、一方、第２
ポンピングパルスの前端部がプローブパルスの後部に赤
方チャープを誘導する。青色光は赤色光よりも低速度で
進むので、このプロセスは、正常分散領域内での顕著な
パルス圧縮を生ぜしめる。圧縮されたパルスは対称的に
なり、パルス持続時間は１／１５に短縮される。弱いプ
ローブパルスはさらに、縮退４波混合の存在により、ポ
ンピングパルスによって増幅される。この増幅は、圧縮
されたパルスの品質をさらに改善する。この増幅は、相
互作用の長さによる。上述の場合においては、プローブ
パルスの０．０５における出力エネルギーは、その入力
値の約２．３倍になる。電力利得は約３０倍である。
【００３３】図３は、図２に示されているパルス配置に
おけるスペクトルの変化を示す。プローブパルスの誘導
チャープは、前部および後部の双方に生じる。パルスの
中央部の周波数は不変のままであり、スペクトル分布の
プロフィールは対称的になって、パルス強度の大部分は
入力周波数付近にある。
おけるスペクトルの変化を示す。プローブパルスの誘導
チャープは、前部および後部の双方に生じる。パルスの
中央部の周波数は不変のままであり、スペクトル分布の
プロフィールは対称的になって、パルス強度の大部分は
入力周波数付近にある。
【００３４】図４には、ＤＦＷＭを伴うＤＸＰＭを用い
る超短レーザパルスの圧縮および増幅と、パルスの測定
とのための、典型的な実験設備が示されている。
る超短レーザパルスの圧縮および増幅と、パルスの測定
とのための、典型的な実験設備が示されている。
【００３５】図４には、ＤＦＷＭを伴うＤＸＰＭを用い
て光パルスの圧縮および増幅を生ぜしめ、またそのよう
にして圧縮および増幅されたパルスを測定するための実
験装置が概略的に示されており、この装置は、本発明の
教示するところに従って構成され、また全体的に参照番
号１１によって示されている。
て光パルスの圧縮および増幅を生ぜしめ、またそのよう
にして圧縮および増幅されたパルスを測定するための実
験装置が概略的に示されており、この装置は、本発明の
教示するところに従って構成され、また全体的に参照番
号１１によって示されている。
【００３６】装置１１は、超短（すなわち、ピコ秒また
はフェムト秒）光パルスを発するレーザ１３を含む。レ
ーザ１３は、例えば、モードロックＮｄ：ＹＡＧレーザ
またはＧａＡｓ：Ｓｉ共振トンネルダイオード半導体レ
ーザであればよい。偏光子１５は、レーザ１３からの光
パルスを直線偏光させるために、パルスの径路に沿って
配置されている。ビームスプリッタ１７は、偏光パルス
の径路に沿って配置され、該パルスを径路１９および２
１に沿ってそれぞれ進む１対のパルス１８−１および１
８−２に分割する。径路１９に沿って進むパルスは、ミ
ラー２３によって偏向せしめられ、相互相関器２５内へ
供給される。
はフェムト秒）光パルスを発するレーザ１３を含む。レ
ーザ１３は、例えば、モードロックＮｄ：ＹＡＧレーザ
またはＧａＡｓ：Ｓｉ共振トンネルダイオード半導体レ
ーザであればよい。偏光子１５は、レーザ１３からの光
パルスを直線偏光させるために、パルスの径路に沿って
配置されている。ビームスプリッタ１７は、偏光パルス
の径路に沿って配置され、該パルスを径路１９および２
１に沿ってそれぞれ進む１対のパルス１８−１および１
８−２に分割する。径路１９に沿って進むパルスは、ミ
ラー２３によって偏向せしめられ、相互相関器２５内へ
供給される。
【００３７】ローテータ２７は径路２１に沿って配置さ
れ、この径路を進むパルスの偏光状態をある度数回転さ
せる。好ましくは、ローテータ２７は、パルスの偏光状
態を約１０°だけ変化させる。
れ、この径路を進むパルスの偏光状態をある度数回転さ
せる。好ましくは、ローテータ２７は、パルスの偏光状
態を約１０°だけ変化させる。
【００３８】偏光ビームスプリッタ２９は、ローテータ
２７の後の径路２１に沿って配置され、回転されたパル
スを１対のパルスに分割し、その一方は径路３１に沿っ
て進み、他方は径路３３に沿って進む。ローテータ２７
は、径路３１に沿って進むパルスがプローブパルスを構
成し、他の径路に沿って進むパルスよりも強度が弱いよ
うに構成される。これら２つのパルスの相対強度は、ロ
ーテータ２７によって与えられる回転角の大きさの関数
である。プローブパルスの、他方のパルスに対する強度
は、ローテータ２７の回転角を増加させることによって
増大せしめられる。
２７の後の径路２１に沿って配置され、回転されたパル
スを１対のパルスに分割し、その一方は径路３１に沿っ
て進み、他方は径路３３に沿って進む。ローテータ２７
は、径路３１に沿って進むパルスがプローブパルスを構
成し、他の径路に沿って進むパルスよりも強度が弱いよ
うに構成される。これら２つのパルスの相対強度は、ロ
ーテータ２７によって与えられる回転角の大きさの関数
である。プローブパルスの、他方のパルスに対する強度
は、ローテータ２７の回転角を増加させることによって
増大せしめられる。
【００３９】１／４波長板３５およびミラー３７は、径
路３１に沿って配置される。ミラー３７は、矢印Ａによ
って示されている方向に可動であるので、それからビー
ムスプリッタ２９に至る径路長は、所望のように変化
（すなわち、増加または減少）せしめられうる。１／４
波長板３５は、径路３１に沿って進むビームの偏光状態
を９０°変化させる（すなわち、ビームがそれを通過す
る毎に４５°変化させる）ので、パルスはミラー３７か
ら帰って来た時、ビームスプリッタ２９により偏向され
ずに、ビームスプリッタ２９を通過する。
路３１に沿って配置される。ミラー３７は、矢印Ａによ
って示されている方向に可動であるので、それからビー
ムスプリッタ２９に至る径路長は、所望のように変化
（すなわち、増加または減少）せしめられうる。１／４
波長板３５は、径路３１に沿って進むビームの偏光状態
を９０°変化させる（すなわち、ビームがそれを通過す
る毎に４５°変化させる）ので、パルスはミラー３７か
ら帰って来た時、ビームスプリッタ２９により偏向され
ずに、ビームスプリッタ２９を通過する。
【００４０】１／４波長板３９およびビームスプリッタ
４１は、径路３３に沿って進むパルスのその径路に沿っ
て配置される。１／４波長板３９は、偏光状態を４５°
回転させる。ビームスプリッタ４１はパルスを、ポンピ
ングパルスとして作用する１対のパルスに分割し、その
一方は径路４３に沿って進み、他方は径路４５に沿って
進む。好ましくは、これら２つのポンピングパルスの形
状およひ強度は同一ならしめる。ミラー４７および４９
はそれぞれ、径路４３および４５のそれぞれに沿って配
置される。これらのミラーは、それぞれ矢印ＢおよびＣ
によって示される方向に可動であるので、それらのそれ
ぞれのパルスの径路長は調節されうる。これらの径路長
は、好ましくは、それらが偏光性ビームスプリッタ２９
において再結合される時、一方のポンピングパルスがプ
ローブパルスの前端部に重なり、他方のポンピングパル
スがプローブパルスの後端部に重なるように選択され
る。
４１は、径路３３に沿って進むパルスのその径路に沿っ
て配置される。１／４波長板３９は、偏光状態を４５°
回転させる。ビームスプリッタ４１はパルスを、ポンピ
ングパルスとして作用する１対のパルスに分割し、その
一方は径路４３に沿って進み、他方は径路４５に沿って
進む。好ましくは、これら２つのポンピングパルスの形
状およひ強度は同一ならしめる。ミラー４７および４９
はそれぞれ、径路４３および４５のそれぞれに沿って配
置される。これらのミラーは、それぞれ矢印ＢおよびＣ
によって示される方向に可動であるので、それらのそれ
ぞれのパルスの径路長は調節されうる。これらの径路長
は、好ましくは、それらが偏光性ビームスプリッタ２９
において再結合される時、一方のポンピングパルスがプ
ローブパルスの前端部に重なり、他方のポンピングパル
スがプローブパルスの後端部に重なるように選択され
る。
【００４１】２つのポンピングパルス５０−１および５
０−２と、プローブパルス５０−３とは、径路５１に沿
って共に伝搬する。
０−２と、プローブパルス５０−３とは、径路５１に沿
って共に伝搬する。
【００４２】径路５１に沿って配置された第１レンズ５
３は、それらの３パルスを凝縮された物質５５から成る
物体内に集束させる。第２レンズ５７は、凝縮された物
質５５から成るその物体の他方の側に配置され、それら
のパルスを再コリメートする。プローブパルス５０−３
の偏光状態を有する光を選択する偏光子５９は、レンズ
５７の後の諸パルスの径路に沿って配置される。パルス
５０−１および５０−２は、パルス５０−３とは異なる
偏光状態を有するので、偏光子５９は、ポンピングパル
ス５０−１および５０−２をフィルタ除去する。パルス
５０−３は、次に相互相関器２５内へ送り込まれ、そこ
でパルス１８−１と比較される。
３は、それらの３パルスを凝縮された物質５５から成る
物体内に集束させる。第２レンズ５７は、凝縮された物
質５５から成るその物体の他方の側に配置され、それら
のパルスを再コリメートする。プローブパルス５０−３
の偏光状態を有する光を選択する偏光子５９は、レンズ
５７の後の諸パルスの径路に沿って配置される。パルス
５０−１および５０−２は、パルス５０−３とは異なる
偏光状態を有するので、偏光子５９は、ポンピングパル
ス５０−１および５０−２をフィルタ除去する。パルス
５０−３は、次に相互相関器２５内へ送り込まれ、そこ
でパルス１８−１と比較される。
【００４３】相互相関器２５の構成および動作は、Ａ．
Ｋａｌｐａｘｉｓ外により、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔ
ｒｕｍ，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．７，ｐｐ．９６０−９６
２，Ｊｕｌｙ １９９２に詳述されている。相互相関器
２５は、パルス１８−１および５０−３の持続時間を比
較する。もしパルス５０−３が圧縮されていれば、パル
ス１８−１および５０−３は部分的に重なり、小さい第
２調波の発生が起こる。これとは対照的に、もしパルス
５０−３が圧縮されていなければ、パルス１８−１およ
び５０−３は完全に重なり、比較的大きい第２調波が発
生する。
Ｋａｌｐａｘｉｓ外により、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔ
ｒｕｍ，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．７，ｐｐ．９６０−９６
２，Ｊｕｌｙ １９９２に詳述されている。相互相関器
２５は、パルス１８−１および５０−３の持続時間を比
較する。もしパルス５０−３が圧縮されていれば、パル
ス１８−１および５０−３は部分的に重なり、小さい第
２調波の発生が起こる。これとは対照的に、もしパルス
５０−３が圧縮されていなければ、パルス１８−１およ
び５０−３は完全に重なり、比較的大きい第２調波が発
生する。
【００４４】次に、図５には、光パルスの圧縮および増
幅装置の１実施例が概略的に示されており、この装置
は、本発明の教示する所に従って構成され、全体的に参
照番号６１により示されている。
幅装置の１実施例が概略的に示されており、この装置
は、本発明の教示する所に従って構成され、全体的に参
照番号６１により示されている。
【００４５】パルスレーザ６５からの光パルス６３はビ
ームスプリッタ６７に入射し、そこで透過パルス６９と
反射パルス７１とに分割される。ビームスプリッタ６７
は、好ましくは、パルス６９の強度がパルス７１の強度
よりも著しく大であるように構成される。透過パルス６
９は偏光子７３によって偏光せしめられ、光遅延装置７
５により遅延せしめられた後に、ビームスプリッタ７７
に入射する。
ームスプリッタ６７に入射し、そこで透過パルス６９と
反射パルス７１とに分割される。ビームスプリッタ６７
は、好ましくは、パルス６９の強度がパルス７１の強度
よりも著しく大であるように構成される。透過パルス６
９は偏光子７３によって偏光せしめられ、光遅延装置７
５により遅延せしめられた後に、ビームスプリッタ７７
に入射する。
【００４６】パルス７１の径路に沿って配置された光検
出器７９は、パルス７１を、半導体パルスレーザ８１を
トリガするのに用いられる電気信号に変換する。検出器
７９は、例えば光電子増倍管であればよい。例えば衝突
パルスモードロックレーザであるレーザ８１は、強い光
パルス８３を発射する。パルス８３は、パルス６３と同
じ周波数を有する。パルス６３とパルス８３とは共に単
色性のものとするが、これは必要条件ではない。本明細
書および特許請求の範囲において用いられる「単色性」
とは、光パルスが実質的に１つの周波数（または周波数
帯）を有することを意味する。
出器７９は、パルス７１を、半導体パルスレーザ８１を
トリガするのに用いられる電気信号に変換する。検出器
７９は、例えば光電子増倍管であればよい。例えば衝突
パルスモードロックレーザであるレーザ８１は、強い光
パルス８３を発射する。パルス８３は、パルス６３と同
じ周波数を有する。パルス６３とパルス８３とは共に単
色性のものとするが、これは必要条件ではない。本明細
書および特許請求の範囲において用いられる「単色性」
とは、光パルスが実質的に１つの周波数（または周波数
帯）を有することを意味する。
【００４７】パルス８３は、偏光子８５により、パルス
６９と同様に偏光せしめられた後、ビームスプリッタ７
７に入射する。１／４波長板８７は、ビームスプリッタ
７７を通過するパルス８３の一部を構成するパルス８８
を４５°だけ回転させる。ビームスプリッタ８９は、パ
ルス８８が１／４波長板８７を通過した後に、そのパル
ス８８を同一強度の２つのパルス９１および９３に分割
し、パルス９１は透過パルスであり、パルス９３は反射
パルスである。１対のミラー９５および９７はパルス９
１および９３のそれぞれの径路に沿って配置される。ミ
ラー９５および９７は、それぞれ矢印ＣおよびＤによっ
て示される方向に可動であり、それによって後述の理由
のため、パルス９１および９３の相対径路長を所望のよ
うに変化せしめうる。パルス９１および９３は、それぞ
れのミラーによって反射された後に、ビームスプリッタ
８９によって再結合され、１／４波長板８７を通して送
り返され、該１／４波長板において偏光状態をもう一度
４５°回転された後、ビームスプリッタ７７により、径
路７８に沿って反射される。明らかに、パルス９１およ
び９３はパルス６９に対して直角に偏光している。
６９と同様に偏光せしめられた後、ビームスプリッタ７
７に入射する。１／４波長板８７は、ビームスプリッタ
７７を通過するパルス８３の一部を構成するパルス８８
を４５°だけ回転させる。ビームスプリッタ８９は、パ
ルス８８が１／４波長板８７を通過した後に、そのパル
ス８８を同一強度の２つのパルス９１および９３に分割
し、パルス９１は透過パルスであり、パルス９３は反射
パルスである。１対のミラー９５および９７はパルス９
１および９３のそれぞれの径路に沿って配置される。ミ
ラー９５および９７は、それぞれ矢印ＣおよびＤによっ
て示される方向に可動であり、それによって後述の理由
のため、パルス９１および９３の相対径路長を所望のよ
うに変化せしめうる。パルス９１および９３は、それぞ
れのミラーによって反射された後に、ビームスプリッタ
８９によって再結合され、１／４波長板８７を通して送
り返され、該１／４波長板において偏光状態をもう一度
４５°回転された後、ビームスプリッタ７７により、径
路７８に沿って反射される。明らかに、パルス９１およ
び９３はパルス６９に対して直角に偏光している。
【００４８】径路７８に沿って配置されたレンズ９９
は、パルス６９、９１、および９３を、凝縮された物質
１０１から成る物体内へ集束せしめる。凝縮された物質
１０１は、パルス６９と、パルス９１および９３との間
の伝搬定数の不整合を０とする任意の種類の固体または
液体（例えば非複屈折性材料）であればよい。凝縮され
た物質１０１の他端部に配置されたレンズ１０３は、そ
こから出る光パルスを再コリメートする。最後に、パル
ス６９の極性を有する光を選択し、パルス９１および９
３の極性を有する光は選択しない偏光子１０５は、レン
ズ１０３の後に配置されて、、パルス９１および９３を
フィルタ除去する。
は、パルス６９、９１、および９３を、凝縮された物質
１０１から成る物体内へ集束せしめる。凝縮された物質
１０１は、パルス６９と、パルス９１および９３との間
の伝搬定数の不整合を０とする任意の種類の固体または
液体（例えば非複屈折性材料）であればよい。凝縮され
た物質１０１の他端部に配置されたレンズ１０３は、そ
こから出る光パルスを再コリメートする。最後に、パル
ス６９の極性を有する光を選択し、パルス９１および９
３の極性を有する光は選択しない偏光子１０５は、レン
ズ１０３の後に配置されて、、パルス９１および９３を
フィルタ除去する。
【００４９】使用に際しては、パルス６３は光遅延装置
７５によって遅延せしめられ、パルス６９がビームスプ
リッタ７７に、パルス８３とほぼ同時に到着するように
される。また、パルス９１が進む径路長は、パルス９３
が進む径路長より十分に長いので、これらがビームスプ
リッタ７７において再結合される時は、パルス９１はパ
ルス９３に対して時間的に遅延せしめられているので、
パルス９１はパルス６９の後端部に重なり、パルス９３
はパルス６９の前端部に重なる。本実施例におけるよう
に、ポンピングパルスの形状および振幅が同一である場
合は、弱いパルスと２つのポンピングパルスとの間の重
なりは、弱いパルスが対称的に圧縮されるように、好ま
しくは対称的であるべきである。弱いパルスの圧縮を最
大化する重なりの量は、凝縮された物質の長さおよび凝
縮された物質の１次係数を含む、さまざまな因子に依存
する。
７５によって遅延せしめられ、パルス６９がビームスプ
リッタ７７に、パルス８３とほぼ同時に到着するように
される。また、パルス９１が進む径路長は、パルス９３
が進む径路長より十分に長いので、これらがビームスプ
リッタ７７において再結合される時は、パルス９１はパ
ルス９３に対して時間的に遅延せしめられているので、
パルス９１はパルス６９の後端部に重なり、パルス９３
はパルス６９の前端部に重なる。本実施例におけるよう
に、ポンピングパルスの形状および振幅が同一である場
合は、弱いパルスと２つのポンピングパルスとの間の重
なりは、弱いパルスが対称的に圧縮されるように、好ま
しくは対称的であるべきである。弱いパルスの圧縮を最
大化する重なりの量は、凝縮された物質の長さおよび凝
縮された物質の１次係数を含む、さまざまな因子に依存
する。
【００５０】次に、図６には、光パルスの圧縮および増
幅装置のもう１つの実施例が概略的に示されており、こ
の装置は、本発明の教示する所に従って構成され、全体
的に参照番号１３１により示されている。
幅装置のもう１つの実施例が概略的に示されており、こ
の装置は、本発明の教示する所に従って構成され、全体
的に参照番号１３１により示されている。
【００５１】装置１３１は、レーザ１３４からの光パル
スＰ′を、１対のパルス１３５および１３７に分割する
ビームスプリッタ１３３を含む。ビームスプリッタ１３
３は、ビームスプリッタ６７と同様の、４％ビームスプ
リッタである。パルス１３５は偏光子１３９により偏光
せしめられ、光遅延装置１４１により遅延せしめられた
後、ビームスプリッタ１４３に入射し、そこで、該パル
スは径路１４５に沿って進む透過パルス１４４と、径路
１４７に沿って進む反射パルス１４９とに分割される。
スＰ′を、１対のパルス１３５および１３７に分割する
ビームスプリッタ１３３を含む。ビームスプリッタ１３
３は、ビームスプリッタ６７と同様の、４％ビームスプ
リッタである。パルス１３５は偏光子１３９により偏光
せしめられ、光遅延装置１４１により遅延せしめられた
後、ビームスプリッタ１４３に入射し、そこで、該パル
スは径路１４５に沿って進む透過パルス１４４と、径路
１４７に沿って進む反射パルス１４９とに分割される。
【００５２】パルス１３７の径路に沿って配置された検
出器１４６は、パルス１３７を、レーザ１４８のトリガ
に用いられる電気信号に変換する。検出器１４６は、例
えば光電子増倍管であればよい。好ましくは衝突パルス
モードロックレーザであるレーザ１４８は、強い光パル
ス１４９を発射する。光パルス１４９は偏光子１５１に
よって偏光せしめられた後、ビームスプリッタ１４３を
通過する。それから出たパルスは、１／４波長板１５３
を通過してミラー１５５に入射する。ミラー１５５によ
り反射されたパルスは、次にビームスプリッタ１４３に
よって反射され、その反射されたビームは、パルス１４
４と共に径路１４５に沿って進む。径路１４５に沿って
配置されたレンズ１５７は、パルス１４４および１４９
を凝縮された物質１５９から成る物体内へ集束せしめ
る。凝縮された物質１５９は、好ましくは非複屈折性材
料であり、特に、非複屈折性光ファイバまたは結晶、ま
たは等方性液体または他の材料で、パルス１４４および
１４９の間の伝搬定数の不整合を０ならしめるものであ
る。もし凝縮された物質１５９が複屈折性材料である場
合には、それら２パルス間の伝搬定数の不整合が確実に
０に等しくなるように、装置の他のパラメータが調節さ
れる。レンズ１６１は、凝縮された物質１５９の反対側
端部に配置され、それらのパルスを再コリメートする。
パルス１４４の偏光状態を有する光を選択する偏光子１
６３は、それらのパルスの径路に沿って、レンズ１６１
の後に配置される。パルス１４９は、パルス１４４とは
異なる偏光状態を有するので、パルス１４９は偏光子１
６３によりフィルタ除去される。
出器１４６は、パルス１３７を、レーザ１４８のトリガ
に用いられる電気信号に変換する。検出器１４６は、例
えば光電子増倍管であればよい。好ましくは衝突パルス
モードロックレーザであるレーザ１４８は、強い光パル
ス１４９を発射する。光パルス１４９は偏光子１５１に
よって偏光せしめられた後、ビームスプリッタ１４３を
通過する。それから出たパルスは、１／４波長板１５３
を通過してミラー１５５に入射する。ミラー１５５によ
り反射されたパルスは、次にビームスプリッタ１４３に
よって反射され、その反射されたビームは、パルス１４
４と共に径路１４５に沿って進む。径路１４５に沿って
配置されたレンズ１５７は、パルス１４４および１４９
を凝縮された物質１５９から成る物体内へ集束せしめ
る。凝縮された物質１５９は、好ましくは非複屈折性材
料であり、特に、非複屈折性光ファイバまたは結晶、ま
たは等方性液体または他の材料で、パルス１４４および
１４９の間の伝搬定数の不整合を０ならしめるものであ
る。もし凝縮された物質１５９が複屈折性材料である場
合には、それら２パルス間の伝搬定数の不整合が確実に
０に等しくなるように、装置の他のパラメータが調節さ
れる。レンズ１６１は、凝縮された物質１５９の反対側
端部に配置され、それらのパルスを再コリメートする。
パルス１４４の偏光状態を有する光を選択する偏光子１
６３は、それらのパルスの径路に沿って、レンズ１６１
の後に配置される。パルス１４９は、パルス１４４とは
異なる偏光状態を有するので、パルス１４９は偏光子１
６３によりフィルタ除去される。
【００５３】使用に際しては、パルス１３５は光遅延装
置１４３によって遅延せしめられ、パルス１３５がパル
ス１４９とほぼ同時にビームスプリッタ１４３に到着す
るようにされる。
置１４３によって遅延せしめられ、パルス１３５がパル
ス１４９とほぼ同時にビームスプリッタ１４３に到着す
るようにされる。
【００５４】ビームスプリッタ１４３においては、図示
されているように、パルス１４９がパルス１４４の前端
部に重なるように、パルス１４４はパルス１４９に結合
せしめられる。
されているように、パルス１４９がパルス１４４の前端
部に重なるように、パルス１４４はパルス１４９に結合
せしめられる。
【００５５】次に、図７には、本発明の教示する所に従
って構成された光通信装置が全体的に参照番号１７１に
よって示されて、図示されている。
って構成された光通信装置が全体的に参照番号１７１に
よって示されて、図示されている。
【００５６】装置１７１は、信号光パルス１７４を発生
するパルスレーザなどの信号源１７３を含む。装置１７
１はまた、信号源１７３からのパルス１７４を遠方の場
所へ伝送する、複数のある長さの長距離光ファイバ１７
５と、パルスが信号源１７３から該長距離光ファイバを
経て伝送される途中で起こるパルスの振幅の損失および
広がりを補償するための、複数のパルス圧縮および増幅
ユニット１７７と、をも含む。ユニット１７７の構成
は、ユニット６１と同一である。図からわかるように、
ファイバ１７５は直列に配置され、それぞれのファイバ
対は、パルス圧縮および増幅ユニット１７７によって分
離されている。このようにして、パルスがファイバを通
過する時、振幅を損失し、また広がる毎に、該パルスは
次の圧縮および増幅ユニット１７７により増幅されかつ
圧縮される。
するパルスレーザなどの信号源１７３を含む。装置１７
１はまた、信号源１７３からのパルス１７４を遠方の場
所へ伝送する、複数のある長さの長距離光ファイバ１７
５と、パルスが信号源１７３から該長距離光ファイバを
経て伝送される途中で起こるパルスの振幅の損失および
広がりを補償するための、複数のパルス圧縮および増幅
ユニット１７７と、をも含む。ユニット１７７の構成
は、ユニット６１と同一である。図からわかるように、
ファイバ１７５は直列に配置され、それぞれのファイバ
対は、パルス圧縮および増幅ユニット１７７によって分
離されている。このようにして、パルスがファイバを通
過する時、振幅を損失し、また広がる毎に、該パルスは
次の圧縮および増幅ユニット１７７により増幅されかつ
圧縮される。
【００５７】以上においては、本発明を実施例に関連し
て説明したが、本技術分野に習熟した者ならば、本発明
の範囲または精神を逸脱することなく、改変および変形
を施しうることを理解すべきである。従って、実施例に
関する以上の説明は、限定的な意味に解釈されるべきで
はなく、本発明は特許請求の範囲およひそれと同等のも
のにより最もよく定められる。
て説明したが、本技術分野に習熟した者ならば、本発明
の範囲または精神を逸脱することなく、改変および変形
を施しうることを理解すべきである。従って、実施例に
関する以上の説明は、限定的な意味に解釈されるべきで
はなく、本発明は特許請求の範囲およひそれと同等のも
のにより最もよく定められる。
【図１】Ｎ＝３０かつＴｄ＝２の場合の、伝搬長に沿っ
ての正常分散領域における単一ポンピングパルスによる
縮退相互位相変調（ＤＸＰＭ）の下での、単一プローブ
パルスの包絡線形状の変化を示す図である。実線は、１
０倍に拡大されたプローブパルスの形状の進展を示す。
点線は、ポンピングパルスの形状の進展を示す。
ての正常分散領域における単一ポンピングパルスによる
縮退相互位相変調（ＤＸＰＭ）の下での、単一プローブ
パルスの包絡線形状の変化を示す図である。実線は、１
０倍に拡大されたプローブパルスの形状の進展を示す。
点線は、ポンピングパルスの形状の進展を示す。
【図２】Ｎ＝３０かつＴｄ＝２の場合の、伝搬長に沿っ
ての正常分散領域における２重ポンピングパルスによる
ＤＸＰＭの下での、単一プローブパルスの包絡線形状の
変化を示す図である。実線は、１０倍に拡大されたプロ
ーブパルスの形状の進展を示す。点線は、ポンピングパ
ルスの形状の進展を示す。
ての正常分散領域における２重ポンピングパルスによる
ＤＸＰＭの下での、単一プローブパルスの包絡線形状の
変化を示す図である。実線は、１０倍に拡大されたプロ
ーブパルスの形状の進展を示す。点線は、ポンピングパ
ルスの形状の進展を示す。
【図３】２重ＤＸＰＭにおけるスペクトル分布を示す。
実線は、１０倍に拡大されたプローブパルスのプロフィ
ールである。点線は、ポンピングパルスのスペクトルの
プロフィールであり、これはＮ＝３０かつＴｄ＝２の場
合のものである。
実線は、１０倍に拡大されたプローブパルスのプロフィ
ールである。点線は、ポンピングパルスのスペクトルの
プロフィールであり、これはＮ＝３０かつＴｄ＝２の場
合のものである。
【図４】本発明の原理を確認するのに用いられる実験装
置の概略図である。
置の概略図である。
【図５】本発明の教示する所に従って構成された、光パ
ルスの圧縮および増幅ユニットの１実施例を示す概略図
である。
ルスの圧縮および増幅ユニットの１実施例を示す概略図
である。
【図６】図５に示されている光パルスの圧縮および増幅
ユニットの改変されたものの概略図である。
ユニットの改変されたものの概略図である。
【図７】図５に示されている光パルスの圧縮および増幅
ユニットを用いて、本発明の教示により構成された光通
信装置の１実施例の概略図である。
ユニットを用いて、本発明の教示により構成された光通
信装置の１実施例の概略図である。
６１ 光パルスの圧縮および増幅装置 ６９ 光パルス ７３ 偏光子 ７７ ビームスプリッタ ７８ 径路 ８１ レーザ ８５ 偏光子 ８７ １／４波長板 ８９ ビームスプリッタ ９１ 光パルス ９３ 光パルス ９５ ミラー ９７ ミラー １０１ 凝縮された物質 １０５ 偏光子 １７１ 光通信装置 １７３ 信号源 １７４ 信号光パルス １７５ 長距離光ファイバ １７７ パルス圧縮および増幅ユニット
【手続補正書】
【提出日】平成５年１２月２０日
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 超短レーザパルスの圧縮および増幅の
方法および装置
方法および装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超短レーザパルスの圧
縮および増幅の方法および装置に関する。
縮および増幅の方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ここで用いられる「超短レーザパルス」
という用語は、レーザから発射されるほぼピコ秒または
フェムト秒の大きさの光パルスの呼称である。
という用語は、レーザから発射されるほぼピコ秒または
フェムト秒の大きさの光パルスの呼称である。
【０００３】強い超短レーザパルスが凝縮された物質内
を伝搬する時、それはその物質の原子および分子配置を
一時的にひずませる。物質のこのひずみは、その物質の
屈折率を瞬間的に変化させる。屈折率のこの変化は、伝
搬する強いパルスの強度に正比例する。物質の屈折率の
変化はさらに、伝搬する強い光パルスの位相変化を起こ
す。その位相変化は、パルス包絡線内における周波数掃
引を起こし、その結果通常は、パルスの後端部において
は青方偏移が、パルスの前端部においては赤方偏移が起
こる。通常は、その効果はパルスのスペクトルの拡大と
なり、その結果超連続体が発生する。伝搬する強い光パ
ルスに対するこのスペクトル的効果は、通常自己位相変
調効果と呼はれる。
を伝搬する時、それはその物質の原子および分子配置を
一時的にひずませる。物質のこのひずみは、その物質の
屈折率を瞬間的に変化させる。屈折率のこの変化は、伝
搬する強いパルスの強度に正比例する。物質の屈折率の
変化はさらに、伝搬する強い光パルスの位相変化を起こ
す。その位相変化は、パルス包絡線内における周波数掃
引を起こし、その結果通常は、パルスの後端部において
は青方偏移が、パルスの前端部においては赤方偏移が起
こる。通常は、その効果はパルスのスペクトルの拡大と
なり、その結果超連続体が発生する。伝搬する強い光パ
ルスに対するこのスペクトル的効果は、通常自己位相変
調効果と呼はれる。
【０００４】凝縮された物質中を伝搬する強い超短レー
ザパルスは、自己位相変調を受けるほかに、自己集束、
すなわちパルス断面の縮径化、を受ける。自己集束は、
通常は、光パルスの強度がその中心部において最大であ
り、その外縁部において最小であるために起こる。ｎは
パルス強度に正比例するので、パルスの中心部は、パル
スの外縁部におけるよりも大きい物質屈折率の変化を起
こす。従って、パルスの中心部はその外縁部よりも低速
度で進み、外縁部をしてパルスの中心部に向かって曲が
り込ましめる。この効果がビームを集束させる。
ザパルスは、自己位相変調を受けるほかに、自己集束、
すなわちパルス断面の縮径化、を受ける。自己集束は、
通常は、光パルスの強度がその中心部において最大であ
り、その外縁部において最小であるために起こる。ｎは
パルス強度に正比例するので、パルスの中心部は、パル
スの外縁部におけるよりも大きい物質屈折率の変化を起
こす。従って、パルスの中心部はその外縁部よりも低速
度で進み、外縁部をしてパルスの中心部に向かって曲が
り込ましめる。この効果がビームを集束させる。
【０００５】凝縮された物質内を伝搬する強い超短レー
ザパルスは、自己位相変調および自己集束を受けるほか
に、共に伝搬する弱い光パルスの位相変調および／また
は集束を誘導するためにも用いられうる。これらの現象
は、通常それぞれ相互位相変調および誘導集束と呼ばれ
る。
ザパルスは、自己位相変調および自己集束を受けるほか
に、共に伝搬する弱い光パルスの位相変調および／また
は集束を誘導するためにも用いられうる。これらの現象
は、通常それぞれ相互位相変調および誘導集束と呼ばれ
る。
【０００６】相互位相変調は、周波数偏移（すなわち、
青方偏移または赤方偏移）またはスペクトル拡大（すな
わち、超連続体発生）を起こし、その特定効果は、弱い
パルスと強いパルスとが物質中を伝搬する相対時刻に依
存する。例えば、もし強いパルスが弱いパルスよりも大
きい波長を有すれば、強いパルスは、より速く物質中を
進む。従って、強いパルスと弱いパルスとが同時に物質
内へ送られて伝搬すれば、弱いパルスは、強いパルスの
後端部によって起こされる屈折率の変化に強くさらされ
る。（これは通常、後部ウォークオフ（Ｗａｌｋ−ｏｆ
ｆ）と呼ばれる）。後部ウォークオフによって起こるの
は、弱いパルスの青方偏移である。同様にして、もし弱
いパルスが強いパルスより前に物質内へ送られて伝搬す
れば、弱いパルスは、強いパルスの前端部による屈折率
変化の効果を受ける（前部ウォークオフ）。前部ウォー
クオフによって起こるのは、弱いパルスの赤方偏移であ
る。最後に、もし弱いパルスと強いパルスとが物質内へ
送られて、弱いパルスが強いパルスの後端部および前端
部の双方によって起こされる屈折率の変化にさらされる
（すなわち対称的ウォークオフまたは無ウォークオフ）
ように伝搬すれば、弱いパルスはスペクトル的に赤方お
よび青方の双方へ拡大される。
青方偏移または赤方偏移）またはスペクトル拡大（すな
わち、超連続体発生）を起こし、その特定効果は、弱い
パルスと強いパルスとが物質中を伝搬する相対時刻に依
存する。例えば、もし強いパルスが弱いパルスよりも大
きい波長を有すれば、強いパルスは、より速く物質中を
進む。従って、強いパルスと弱いパルスとが同時に物質
内へ送られて伝搬すれば、弱いパルスは、強いパルスの
後端部によって起こされる屈折率の変化に強くさらされ
る。（これは通常、後部ウォークオフ（Ｗａｌｋ−ｏｆ
ｆ）と呼ばれる）。後部ウォークオフによって起こるの
は、弱いパルスの青方偏移である。同様にして、もし弱
いパルスが強いパルスより前に物質内へ送られて伝搬す
れば、弱いパルスは、強いパルスの前端部による屈折率
変化の効果を受ける（前部ウォークオフ）。前部ウォー
クオフによって起こるのは、弱いパルスの赤方偏移であ
る。最後に、もし弱いパルスと強いパルスとが物質内へ
送られて、弱いパルスが強いパルスの後端部および前端
部の双方によって起こされる屈折率の変化にさらされる
（すなわち対称的ウォークオフまたは無ウォークオフ）
ように伝搬すれば、弱いパルスはスペクトル的に赤方お
よび青方の双方へ拡大される。
【０００７】相互位相変調から起こるスペクトルの変化
は、弱いパルスが分散性媒体（すなわち光ファイバ）ま
たは分散性の光学的成分（すなわちグレーティングまた
はプリズム）内へ伝搬した時に、その弱いパルスの時間
的なプロフィールの変化を生ぜしめる。例えば、もし相
互位相変調の結果、弱いパルスのスペクトルの拡大が起
これば、グレーティング対を通してその弱いパルスがさ
らに伝搬すると、（パルス後部においてＸＰＭによって
発生した）その青方偏移した周波数に対し、（パルス前
部においてＸＰＭによって発生した）その赤方偏移した
周波数が低速化され、従って弱いパルスのパルス持続時
間は短縮される。
は、弱いパルスが分散性媒体（すなわち光ファイバ）ま
たは分散性の光学的成分（すなわちグレーティングまた
はプリズム）内へ伝搬した時に、その弱いパルスの時間
的なプロフィールの変化を生ぜしめる。例えば、もし相
互位相変調の結果、弱いパルスのスペクトルの拡大が起
これば、グレーティング対を通してその弱いパルスがさ
らに伝搬すると、（パルス後部においてＸＰＭによって
発生した）その青方偏移した周波数に対し、（パルス前
部においてＸＰＭによって発生した）その赤方偏移した
周波数が低速化され、従って弱いパルスのパルス持続時
間は短縮される。
【０００８】相互位相変調はまた、共に伝搬する弱いパ
ルスの空間的分布を変化させるためにも用いられる。こ
の効果は、強いパルスが空間的に変化する非線形屈折率
を発生する時に起こる。例えば、空間的なガウス分布を
なす強度を有するポンピングパルスは、弱いパルスの伝
搬軸上に高い屈折率を発生せしめる。その結果、その弱
いパルスの外縁部はパルスの中心部に向かって曲がり込
み、その弱いパルスは集束する。
ルスの空間的分布を変化させるためにも用いられる。こ
の効果は、強いパルスが空間的に変化する非線形屈折率
を発生する時に起こる。例えば、空間的なガウス分布を
なす強度を有するポンピングパルスは、弱いパルスの伝
搬軸上に高い屈折率を発生せしめる。その結果、その弱
いパルスの外縁部はパルスの中心部に向かって曲がり込
み、その弱いパルスは集束する。
【０００９】技術用語としての相互位相変調は、一般に
相互位相変調および誘導集束の双方を呼ぶ用語としてし
ばしば用いられる。
相互位相変調および誘導集束の双方を呼ぶ用語としてし
ばしば用いられる。
【００１０】凝縮された物質は、本技術分野においては
周知である。凝縮された物質の例としては、ＢＫ−７ガ
ラス、ＣｄＳｅ、液体Ｃｓ２、ＮａＣｌ結晶、ドープさ
れたガラス、半導体バルクおよび量子構造、ガラス内の
微結晶半導体粒子、ポリジアセチレン有機重合体、およ
び光ファイバがある。
周知である。凝縮された物質の例としては、ＢＫ−７ガ
ラス、ＣｄＳｅ、液体Ｃｓ２、ＮａＣｌ結晶、ドープさ
れたガラス、半導体バルクおよび量子構造、ガラス内の
微結晶半導体粒子、ポリジアセチレン有機重合体、およ
び光ファイバがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光パ
ルスの圧縮および増幅の方法および装置を提供すること
である。
ルスの圧縮および増幅の方法および装置を提供すること
である。
【００１２】本発明のもう１つの目的は、グレーティン
グまたはプリズムを使用しない、光パルスの圧縮および
増幅の方法および装置を提供することである。
グまたはプリズムを使用しない、光パルスの圧縮および
増幅の方法および装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の第１光パルスの
圧縮および増幅方法は、１つの偏光モードにより該第１
光パルスを偏光せしめるステップと、それぞれが該第１
光パルスと同じ周波数および該第１光パルスより大きい
強度を有しかつ他の偏光状態に偏光せしめられている第
２および第３の光パルスを発生せしめるステップと、該
第２パルスが前記第１パルスの前端部に重なり、該第３
パルスが該第１パルスの後端部に重なるようにし、該第
１パルスと該第２および第３パルスのそれぞれとの間の
伝搬定数の不整合が約０であるようにして、該第２およ
び第３光パルスを共に凝縮された物質から成る物体中を
伝搬せしめることによって前記第１光パルスが該凝縮さ
れた物質中を通過する時圧縮されかつ増幅されるように
するステップと、を含む。
圧縮および増幅方法は、１つの偏光モードにより該第１
光パルスを偏光せしめるステップと、それぞれが該第１
光パルスと同じ周波数および該第１光パルスより大きい
強度を有しかつ他の偏光状態に偏光せしめられている第
２および第３の光パルスを発生せしめるステップと、該
第２パルスが前記第１パルスの前端部に重なり、該第３
パルスが該第１パルスの後端部に重なるようにし、該第
１パルスと該第２および第３パルスのそれぞれとの間の
伝搬定数の不整合が約０であるようにして、該第２およ
び第３光パルスを共に凝縮された物質から成る物体中を
伝搬せしめることによって前記第１光パルスが該凝縮さ
れた物質中を通過する時圧縮されかつ増幅されるように
するステップと、を含む。
【００１４】本発明の第１光パルスの圧縮および増幅装
置は、該第１光パルスを１つの偏光モードで偏光せしめ
る手段と、それぞれが前記第１光パルスと同じ周波数
と、圧縮されかつ増幅されるべき前記第１光パルスより
大きい強度と、を有し、他の偏光モードで偏光せしめら
れている第２および第３の光パルスを発生する手段と、
該３パルスを重なり合う関係をもって共通径路に沿って
進むように組合わせる手段と、該共通径路に沿って配置
された凝縮された物質と、を含み、前記３パルスの間の
伝搬定数の不整合が約０であり、それによって前記凝縮
された物質を通過する時に前記第１光パルスが圧縮さ
れ、かつ増幅されるようになっている。
置は、該第１光パルスを１つの偏光モードで偏光せしめ
る手段と、それぞれが前記第１光パルスと同じ周波数
と、圧縮されかつ増幅されるべき前記第１光パルスより
大きい強度と、を有し、他の偏光モードで偏光せしめら
れている第２および第３の光パルスを発生する手段と、
該３パルスを重なり合う関係をもって共通径路に沿って
進むように組合わせる手段と、該共通径路に沿って配置
された凝縮された物質と、を含み、前記３パルスの間の
伝搬定数の不整合が約０であり、それによって前記凝縮
された物質を通過する時に前記第１光パルスが圧縮さ
れ、かつ増幅されるようになっている。
【００１５】さまざまな特徴、目的、および利点は、以
下の説明において明らかにされる。その説明において
は、説明の一部をなす添付図面が参照され、該図面には
本発明の特定の実施例が図示されている。それらの実施
例は、本技術分野に習熟した者が本発明を実施しうるに
十分なように詳述されるが、他の実施例も利用されうる
こと、また本発明の範囲を逸脱することなく、構造上の
変更がなされうること、を理解すべきである。従って、
以下の詳細な説明は、限定的な意味を有するものと解釈
されるべきではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲
により最もよく定められるものである。添付図面におい
て、同じ参照番号は同じ部品を示す。
下の説明において明らかにされる。その説明において
は、説明の一部をなす添付図面が参照され、該図面には
本発明の特定の実施例が図示されている。それらの実施
例は、本技術分野に習熟した者が本発明を実施しうるに
十分なように詳述されるが、他の実施例も利用されうる
こと、また本発明の範囲を逸脱することなく、構造上の
変更がなされうること、を理解すべきである。従って、
以下の詳細な説明は、限定的な意味を有するものと解釈
されるべきではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲
により最もよく定められるものである。添付図面におい
て、同じ参照番号は同じ部品を示す。
【００１６】
【実施例】本発明は、相互位相変調（ＸＰＭ）および縮
退４波混合（ＤＦＷＭ）を利用した、光パルスの圧縮お
よび増幅の方法および装置に関する。
退４波混合（ＤＦＷＭ）を利用した、光パルスの圧縮お
よび増幅の方法および装置に関する。
【００１７】弱い光パルスが強い光パルスと共に媒体内
を伝搬する時には、弱いパルスの位相は、強いパルスに
起因する屈折率の時間的変化により変調されうる。この
プロセスは、相互位相変調（ＸＰＭ）と呼ばれる。ＸＰ
Ｍは、誘導されたラマン散乱パルスの発生、第２調波発
生パルス、および誘導された４光子混合パルスにとって
固有のものである。ＸＰＭは、超短プローブパルスの時
間的、スペクトル的、および空間的性質の制御に用いら
れうる。ＸＰＭは、縮退４波混合（ＤＦＷＭ）を伴うこ
とができ、これははブローブパルスの増幅を起こす。
を伝搬する時には、弱いパルスの位相は、強いパルスに
起因する屈折率の時間的変化により変調されうる。この
プロセスは、相互位相変調（ＸＰＭ）と呼ばれる。ＸＰ
Ｍは、誘導されたラマン散乱パルスの発生、第２調波発
生パルス、および誘導された４光子混合パルスにとって
固有のものである。ＸＰＭは、超短プローブパルスの時
間的、スペクトル的、および空間的性質の制御に用いら
れうる。ＸＰＭは、縮退４波混合（ＤＦＷＭ）を伴うこ
とができ、これははブローブパルスの増幅を起こす。
【００１８】本発明によれば、周波数は同じであるが、
偏光状態と強度とは異なる２つの光パルスは、凝縮され
た物質中において、弱い方のパルスの圧縮および増幅を
生じるように相互作用する。これは、今後、縮退４波混
合（ＤＦＷＭ）に結合した縮退相互位相変調（ＤＸＰ
Ｍ）と呼ばれる。
偏光状態と強度とは異なる２つの光パルスは、凝縮され
た物質中において、弱い方のパルスの圧縮および増幅を
生じるように相互作用する。これは、今後、縮退４波混
合（ＤＦＷＭ）に結合した縮退相互位相変調（ＤＸＰ
Ｍ）と呼ばれる。
【００１９】基礎となる理論を以下に述べる。２つのパ
ルスの全電界は次の形に書ける。
ルスの全電界は次の形に書ける。
【００２０】
【数１】
【００２１】ゆっくり変化する包絡線近似を用いると、
２つの偏光成分を支配する次の連立非線形波動方程式が
得られる。
２つの偏光成分を支配する次の連立非線形波動方程式が
得られる。
【００２２】
【数２】
【数３】 ただし、νｇｘおよびνｇｙは、それぞれｘ軸およびｙ
軸に沿って偏光している光の群速度であり、ｋ（２）は
群速度分散であり、ｎ２＝３Ｘ（３）ｘｘｘｘ／δｎは
非線形屈折率であり、Δｋ＝ｋｘ−ｋｙは２つの直角方
向に偏光している光波の間の伝搬定数不整合である。
軸に沿って偏光している光の群速度であり、ｋ（２）は
群速度分散であり、ｎ２＝３Ｘ（３）ｘｘｘｘ／δｎは
非線形屈折率であり、Δｋ＝ｋｘ−ｋｙは２つの直角方
向に偏光している光波の間の伝搬定数不整合である。
【００２３】数２または数３における最後の項は、縮退
４波混合（ＤＦＷＭ）であり、これが振幅および位相を
変調する。ＤＸＰＭプロセスの強度は、ビート長ＬＢ＝
２π（ｋｘ−ｋｙ）によって表わされることを特徴とす
る、直角方向に偏光しているポンピングパルスとプロー
ブパルスとの間の位相整合の程度に依存する。もし、媒
体の長さＬ≫ＬＢであれば、数２および数３の最後の項
は無視されうる。ＤＸＰＭの結合項はＸＰＭの結合項よ
り弱い。そのわけは、交差項の係数がＸＰＭの場合は２
であるのに対して、ＤＸＰＭの場合は２／３であるから
である。異なる周波数の２つの光波間のＸＰＭに対する
全ての解は、因子２を２／３に置換すればこのＤＸＰＭ
の場合にも成立する。非複屈折性媒体の場合におけるよ
うな、ある場合には、Δｋは０と仮定されうる。この条
件（Δｋ＝０）のもとでは、ＤＦＷＭ項Ａｘ ２Ａｙ ＊か
ら振幅変調および位相変調への寄与を考慮しなくてはな
らない。
４波混合（ＤＦＷＭ）であり、これが振幅および位相を
変調する。ＤＸＰＭプロセスの強度は、ビート長ＬＢ＝
２π（ｋｘ−ｋｙ）によって表わされることを特徴とす
る、直角方向に偏光しているポンピングパルスとプロー
ブパルスとの間の位相整合の程度に依存する。もし、媒
体の長さＬ≫ＬＢであれば、数２および数３の最後の項
は無視されうる。ＤＸＰＭの結合項はＸＰＭの結合項よ
り弱い。そのわけは、交差項の係数がＸＰＭの場合は２
であるのに対して、ＤＸＰＭの場合は２／３であるから
である。異なる周波数の２つの光波間のＸＰＭに対する
全ての解は、因子２を２／３に置換すればこのＤＸＰＭ
の場合にも成立する。非複屈折性媒体の場合におけるよ
うな、ある場合には、Δｋは０と仮定されうる。この条
件（Δｋ＝０）のもとでは、ＤＦＷＭ項Ａｘ ２Ａｙ ＊か
ら振幅変調および位相変調への寄与を考慮しなくてはな
らない。
【００２４】縮退の場合に数１および数２の方程式を解
くのには数値解析が用いられ、その場合には解析を簡単
化するために、弱いプローブパルスのＳＰＭは無視さ
れ、νｇｘ＝νｇｙ＝νｇが仮定される。次の無次元の
変数を導入する。
くのには数値解析が用いられ、その場合には解析を簡単
化するために、弱いプローブパルスのＳＰＭは無視さ
れ、νｇｘ＝νｇｙ＝νｇが仮定される。次の無次元の
変数を導入する。
【００２５】
【数４】 ただし、
【数５】 は分散長であってパルス持続時間はこの長さ上において
分散効果により約４０％増大するのであり、τ＝（ｔ−
ｚ／νｇ）であり、Ｔｏはパルス持続時間の１／ｃであ
り、Ａｃｆｆは有効断面積であり、Ｐｊは入力パルスの
ピーク電力である。
分散効果により約４０％増大するのであり、τ＝（ｔ−
ｚ／νｇ）であり、Ｔｏはパルス持続時間の１／ｃであ
り、Ａｃｆｆは有効断面積であり、Ｐｊは入力パルスの
ピーク電力である。
【００２６】連立非線形波動方程式である数２および数
３は、次のようになる。
３は、次のようになる。
【００２７】
【数６】
【数７】 ただし、
【数８】 であり、
【数９】 は非線形長である。
【００２８】分散項の符号の選択はｋ（２）の符号に依
存し、正常ＧＶＤ（ｋ（２）＞０）の場合は＋符号とな
り、以上ＧＶＤ（ｋ（２）＜０）の場合は−符号とな
る。例えば、λ＜１．３３μｍがシリカファイバに対す
る正常分散領域である。λ＝０．５３μｍにおいて群速
度分散ｋ（２）は約０．０６ｐｓ２／ｍとなる。数５か
らＴｏ＝１００ｆｓに対してはＬｏ〜０．１ｍとなる。
単一モードファイバでＰｏ〜１０００Ｗの場合は、数９
からＬＮＬ＝０．１ｍとなる。これらの値を数８に代入
すると、Ｎ〜１であることがわかる。ガラスファイバの
場合は、λ＞１．３μｍが異常分散領域となる。λ＝
１．５５μｍにおいては、ｋ（２）〜−０．０２ｐｓ２
／ｍとなる。この場含は、Ｔ＝１００ｆｓに対してはＬ
Ｄ〜０．５ｍとなり、Ｐｏ＝１０００Ｗに対してはＬ
ＮＬ〜０．１ｍとなる。従って、Ｎ〜１となる。Ｎ＝１
は基本ソリトン（Ｓｏｌｉｔｏｎ）に対応し、Ｎ＞１は
高次ソリトンに対応する。液体サンプルの場合には、ポ
ンピングパルスのピーク電力は、固体内のそれより著し
く高くなりうる。この場合には、Ｎは１０程度になりう
る。
存し、正常ＧＶＤ（ｋ（２）＞０）の場合は＋符号とな
り、以上ＧＶＤ（ｋ（２）＜０）の場合は−符号とな
る。例えば、λ＜１．３３μｍがシリカファイバに対す
る正常分散領域である。λ＝０．５３μｍにおいて群速
度分散ｋ（２）は約０．０６ｐｓ２／ｍとなる。数５か
らＴｏ＝１００ｆｓに対してはＬｏ〜０．１ｍとなる。
単一モードファイバでＰｏ〜１０００Ｗの場合は、数９
からＬＮＬ＝０．１ｍとなる。これらの値を数８に代入
すると、Ｎ〜１であることがわかる。ガラスファイバの
場合は、λ＞１．３μｍが異常分散領域となる。λ＝
１．５５μｍにおいては、ｋ（２）〜−０．０２ｐｓ２
／ｍとなる。この場含は、Ｔ＝１００ｆｓに対してはＬ
Ｄ〜０．５ｍとなり、Ｐｏ＝１０００Ｗに対してはＬ
ＮＬ〜０．１ｍとなる。従って、Ｎ〜１となる。Ｎ＝１
は基本ソリトン（Ｓｏｌｉｔｏｎ）に対応し、Ｎ＞１は
高次ソリトンに対応する。液体サンプルの場合には、ポ
ンピングパルスのピーク電力は、固体内のそれより著し
く高くなりうる。この場合には、Ｎは１０程度になりう
る。
【００２９】超短光パルスが媒体内を伝搬する時は、群
速度分散ｋ（２）と、自己位相変調との結合効果の結果
として、その形状はかなり変化する。ファイバの異常分
散領域においては、パルスは圧縮または分割されうる
が、これは、ある臨界電力レベルにおける高次ソリトン
の特性である。正常分散領域においては、光波破壊とし
て知られる現象の結果として、パルスはスペクトルサイ
ドローブを含む両翼内に高速発振を生じうる。強いポン
ピングパルスと共に伝搬する弱いプローブパルスの１端
縁近くの高速発振は、ＧＶＤとＸＰＭとの結合効果から
生じうることが示された。
速度分散ｋ（２）と、自己位相変調との結合効果の結果
として、その形状はかなり変化する。ファイバの異常分
散領域においては、パルスは圧縮または分割されうる
が、これは、ある臨界電力レベルにおける高次ソリトン
の特性である。正常分散領域においては、光波破壊とし
て知られる現象の結果として、パルスはスペクトルサイ
ドローブを含む両翼内に高速発振を生じうる。強いポン
ピングパルスと共に伝搬する弱いプローブパルスの１端
縁近くの高速発振は、ＧＶＤとＸＰＭとの結合効果から
生じうることが示された。
【００３０】異常領域における圧縮効果は、弱いプロー
ブパルスの周波数チャープが強いポンピングパルスによ
って誘導されることを除外すれば、ソリトン効果圧縮と
同じである。プローブパルスが圧縮されるためには、２
つのパルス間の初期遅延が０でなくてはならないことは
明らかである。
ブパルスの周波数チャープが強いポンピングパルスによ
って誘導されることを除外すれば、ソリトン効果圧縮と
同じである。プローブパルスが圧縮されるためには、２
つのパルス間の初期遅延が０でなくてはならないことは
明らかである。
【００３１】図１は、ＤＦＷＭを生ぜしめるために、プ
ローブパルスとポンピングパルスとの間の正規化遅延が
Ｔｄ＝２でありかつΔｋ＝０である場合の、正常分散領
域内にある単一ポンピングパルス（点線の曲線）の下で
のプローブパルス（実線の曲線）に対するＤＸＰＭ方程
式数６および数７の数値解を示す。最初のパルスの形状
は、ポンピングパルスおよびプローブパルスの双方にお
いてガウス的である。この場合においては、ポンピング
パルスの前端部がプローブパルスの後部に赤方チャープ
を誘導している。赤方チャープした光は速く進むので、
このプロセスは、正常分散領域内でのパルス圧縮を生ぜ
しめる。プローブパルスは圧縮と共に増幅をも受ける。
しかし、圧縮されたパルスは対称的ではなくなる。
ローブパルスとポンピングパルスとの間の正規化遅延が
Ｔｄ＝２でありかつΔｋ＝０である場合の、正常分散領
域内にある単一ポンピングパルス（点線の曲線）の下で
のプローブパルス（実線の曲線）に対するＤＸＰＭ方程
式数６および数７の数値解を示す。最初のパルスの形状
は、ポンピングパルスおよびプローブパルスの双方にお
いてガウス的である。この場合においては、ポンピング
パルスの前端部がプローブパルスの後部に赤方チャープ
を誘導している。赤方チャープした光は速く進むので、
このプロセスは、正常分散領域内でのパルス圧縮を生ぜ
しめる。プローブパルスは圧縮と共に増幅をも受ける。
しかし、圧縮されたパルスは対称的ではなくなる。
【００３２】圧縮されたパルスの品質を改善するために
は、２重ポンピングパルスを使用することができる。図
２は、プローブパルスとポンピングパルスとの間の正規
化された遅延がＴｄ＝２でありかつΔｋ＝０である場合
の、正常分散領域内にある２重ポンピングパルス（点線
の曲線）の下でのプローブパルス（実線の曲線）に対す
るＤＸＰＭ方程式数６および数７の数値解を示す。最初
のパルスの形状は、この場合も、ポンピングパルスおよ
びプローブパルスの双方においてガウス的である。この
場合においては、第１ポンピングパルスの後端部がプロ
ーブパルスの前部に青方チャープを誘導し、一方、第２
ポンピングパルスの前端部がプローブパルスの後部に赤
方チャープを誘導する。青色光は赤色光よりも低速度で
進むので、このプロセスは、正常分散領域内での顕著な
パルス圧縮を生ぜしめる。圧縮されたパルスは対称的に
なり、パルス持続時間は１／１５に短縮される。弱いプ
ローブパルスはさらに、縮退４波混合の存在により、ポ
ンピングパルスによって増幅される。この増幅は、圧縮
されたパルスの品質をさらに改善する。この増幅は、相
互作用の長さによる。上述の場合においては、プローブ
パルスの０．０５における出力エネルギーは、その入力
値の約２．３倍になる。電力利得は約３０倍である。
は、２重ポンピングパルスを使用することができる。図
２は、プローブパルスとポンピングパルスとの間の正規
化された遅延がＴｄ＝２でありかつΔｋ＝０である場合
の、正常分散領域内にある２重ポンピングパルス（点線
の曲線）の下でのプローブパルス（実線の曲線）に対す
るＤＸＰＭ方程式数６および数７の数値解を示す。最初
のパルスの形状は、この場合も、ポンピングパルスおよ
びプローブパルスの双方においてガウス的である。この
場合においては、第１ポンピングパルスの後端部がプロ
ーブパルスの前部に青方チャープを誘導し、一方、第２
ポンピングパルスの前端部がプローブパルスの後部に赤
方チャープを誘導する。青色光は赤色光よりも低速度で
進むので、このプロセスは、正常分散領域内での顕著な
パルス圧縮を生ぜしめる。圧縮されたパルスは対称的に
なり、パルス持続時間は１／１５に短縮される。弱いプ
ローブパルスはさらに、縮退４波混合の存在により、ポ
ンピングパルスによって増幅される。この増幅は、圧縮
されたパルスの品質をさらに改善する。この増幅は、相
互作用の長さによる。上述の場合においては、プローブ
パルスの０．０５における出力エネルギーは、その入力
値の約２．３倍になる。電力利得は約３０倍である。
【００３３】図３は、図２に示されているパルス配置に
おけるスペクトルの変化を示す。プローブパルスの誘導
チャープは、前部および後部の双方に生じる。パルスの
中央部の周波数は不変のままであり、スペクトル分布の
プロフィールは対称的になって、パルス強度の大部分は
入力周波数付近にある。
おけるスペクトルの変化を示す。プローブパルスの誘導
チャープは、前部および後部の双方に生じる。パルスの
中央部の周波数は不変のままであり、スペクトル分布の
プロフィールは対称的になって、パルス強度の大部分は
入力周波数付近にある。
【００３４】図４には、ＤＦＷＭを伴うＤＸＰＭを用い
る超短レーザパルスの圧縮および増幅と、パルスの測定
とのための、典型的な実験設備が示されている。
る超短レーザパルスの圧縮および増幅と、パルスの測定
とのための、典型的な実験設備が示されている。
【００３５】図４には、ＤＦＷＭを伴うＤＸＰＭを用い
て光パルスの圧縮および増幅を生ぜしめ、またそのよう
にして圧縮および増幅されたパルスを測定するための実
験装置が概略的に示されており、この装置は、本発明の
教示するところに従って構成され、また全体的に参照番
号１１によって示されている。
て光パルスの圧縮および増幅を生ぜしめ、またそのよう
にして圧縮および増幅されたパルスを測定するための実
験装置が概略的に示されており、この装置は、本発明の
教示するところに従って構成され、また全体的に参照番
号１１によって示されている。
【００３６】装置１１は、超短（すなわち、ピコ秒また
はフェムト秒）光パルスを発するレーザ１３を含む。レ
ーザ１３は、例えば、モードロックＮｄ：ＹＡＧレーザ
またはＧａＡｓ：Ｓｉ共振トンネルダイオード半導体レ
ーザであればよい。偏光子１５は、レーザ１３からの光
パルスを直線偏光させるために、パルスの径路に沿って
配置されている。ビームスプリッタ１７は、偏光パルス
の径路に沿って配置され、該パルスを径路１９および２
１に沿ってそれぞれ進む１対のパルス１８−１および１
８−２に分割する。径路１９に沿って進むパルスは、ミ
ラー２３によって偏向せしめられ、相互相関器２５内へ
供給される。
はフェムト秒）光パルスを発するレーザ１３を含む。レ
ーザ１３は、例えば、モードロックＮｄ：ＹＡＧレーザ
またはＧａＡｓ：Ｓｉ共振トンネルダイオード半導体レ
ーザであればよい。偏光子１５は、レーザ１３からの光
パルスを直線偏光させるために、パルスの径路に沿って
配置されている。ビームスプリッタ１７は、偏光パルス
の径路に沿って配置され、該パルスを径路１９および２
１に沿ってそれぞれ進む１対のパルス１８−１および１
８−２に分割する。径路１９に沿って進むパルスは、ミ
ラー２３によって偏向せしめられ、相互相関器２５内へ
供給される。
【００３７】ローテータ２７は径路２１に沿って配置さ
れ、この径路を進むパルスの偏光状態をある度数回転さ
せる。好ましくは、ローテータ２７は、パルスの偏光状
態を約１０°だけ変化させる。
れ、この径路を進むパルスの偏光状態をある度数回転さ
せる。好ましくは、ローテータ２７は、パルスの偏光状
態を約１０°だけ変化させる。
【００３８】偏光ビームスプリッタ２９は、ローテータ
２７の後の径路２１に沿って配置され、回転されたパル
スを１対のパルスに分割し、その一方は径路３１に沿っ
て進み、他方は径路３３に沿って進む。ローテータ２７
は、径路３１に沿って進むパルスがプローブパルスを構
成し、他の径路に沿って進むパルスよりも強度が弱いよ
うに構成される。これら２つのパルスの相対強度は、ロ
ーテータ２７によって与えられる回転角の大きさの関数
である。プローブパルスの、他方のパルスに対する強度
は、ローテータ２７の回転角を増加させることによって
増大せしめられる。
２７の後の径路２１に沿って配置され、回転されたパル
スを１対のパルスに分割し、その一方は径路３１に沿っ
て進み、他方は径路３３に沿って進む。ローテータ２７
は、径路３１に沿って進むパルスがプローブパルスを構
成し、他の径路に沿って進むパルスよりも強度が弱いよ
うに構成される。これら２つのパルスの相対強度は、ロ
ーテータ２７によって与えられる回転角の大きさの関数
である。プローブパルスの、他方のパルスに対する強度
は、ローテータ２７の回転角を増加させることによって
増大せしめられる。
【００３９】１／４波長板３５およびミラー３７は、径
路３１に沿って配置される。ミラー３７は、矢印Ａによ
って示されている方向に可動であるので、それからビー
ムスプリッタ２９に至る径路長は、所望のように変化
（すなわち、増加または減少）せしめられうる。１／４
波長板３５は、径路３１に沿って進むビームの偏光状態
を９０°変化させる（すなわち、ビームがそれを通過す
る毎に４５°変化させる）ので、パルスはミラー３７か
ら帰って来た時、ビームスプリッタ２９により偏向され
ずに、ビームスプリッタ２９を通過する。
路３１に沿って配置される。ミラー３７は、矢印Ａによ
って示されている方向に可動であるので、それからビー
ムスプリッタ２９に至る径路長は、所望のように変化
（すなわち、増加または減少）せしめられうる。１／４
波長板３５は、径路３１に沿って進むビームの偏光状態
を９０°変化させる（すなわち、ビームがそれを通過す
る毎に４５°変化させる）ので、パルスはミラー３７か
ら帰って来た時、ビームスプリッタ２９により偏向され
ずに、ビームスプリッタ２９を通過する。
【００４０】１／４波長板３９およびビームスプリッタ
４１は、径路３３に沿って進むパルスのその径路に沿っ
て配置される。１／４波長板３９は、偏光状態を４５°
回転させる。ビームスプリッタ４１はパルスを、ポンピ
ングパルスとして作用する１対のパルスに分割し、その
一方は径路４３に沿って進み、他方は径路４５に沿って
進む。好ましくは、これら２つのポンピングパルスの形
状および強度は同一ならしめる。ミラー４７および４９
はそれぞれ、径路４３および４５のそれぞれに沿って配
置される。これらのミラーは、それぞれ矢印ＢおよびＣ
によって示される方向に可動であるので、それらのそれ
ぞれのパルスの径路長は調節されうる。これらの径路長
は、好ましくは、それらが偏光性ビームスプリッタ２９
において再結合される時、一方のポンピングパルスがプ
ローブパルスの前端部に重なり、他方のポンピングパル
スがプローブパルスの後端部に重なるように選択され
る。
４１は、径路３３に沿って進むパルスのその径路に沿っ
て配置される。１／４波長板３９は、偏光状態を４５°
回転させる。ビームスプリッタ４１はパルスを、ポンピ
ングパルスとして作用する１対のパルスに分割し、その
一方は径路４３に沿って進み、他方は径路４５に沿って
進む。好ましくは、これら２つのポンピングパルスの形
状および強度は同一ならしめる。ミラー４７および４９
はそれぞれ、径路４３および４５のそれぞれに沿って配
置される。これらのミラーは、それぞれ矢印ＢおよびＣ
によって示される方向に可動であるので、それらのそれ
ぞれのパルスの径路長は調節されうる。これらの径路長
は、好ましくは、それらが偏光性ビームスプリッタ２９
において再結合される時、一方のポンピングパルスがプ
ローブパルスの前端部に重なり、他方のポンピングパル
スがプローブパルスの後端部に重なるように選択され
る。
【００４１】２つのポンピングパルス５０−１および５
０−２と、プローブパルス５０−３とは、径路５１に沿
って共に伝搬する。
０−２と、プローブパルス５０−３とは、径路５１に沿
って共に伝搬する。
【００４２】径路５１に沿って配置された第１レンズ５
３は、それらの３パルスを凝縮された物質５５から成る
物体内に集束させる。第２レンズ５７は、凝縮された物
質５５から成るその物体の他方の側に配置され、それら
のパルスを再コリメートする。プローブパルス５０−３
の偏光状態を有する光を選択する偏光子５９は、レンズ
５７の後の諸パルスの径路に沿って配置される。パルス
５０−１および５０−２は、パルス５０−３とは異なる
偏光状態を有するので、偏光子５９は、ポンピングパル
ス５０−１および５０−２をフィルタ除去する。パルス
５０−３は、次に相互相関器２５内へ送り込まれ、そこ
でパルス１８−１と比較される。
３は、それらの３パルスを凝縮された物質５５から成る
物体内に集束させる。第２レンズ５７は、凝縮された物
質５５から成るその物体の他方の側に配置され、それら
のパルスを再コリメートする。プローブパルス５０−３
の偏光状態を有する光を選択する偏光子５９は、レンズ
５７の後の諸パルスの径路に沿って配置される。パルス
５０−１および５０−２は、パルス５０−３とは異なる
偏光状態を有するので、偏光子５９は、ポンピングパル
ス５０−１および５０−２をフィルタ除去する。パルス
５０−３は、次に相互相関器２５内へ送り込まれ、そこ
でパルス１８−１と比較される。
【００４３】相互相関器２５の構成および動作は、Ａ．
Ｋａｌｐａｘｉｓ外により、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔ
ｒｕｍ，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．７，ｐｐ．９６０−９６
２，Ｊｕｌｙ １９９２に詳述されている。相互相関器
２５は、パルス１８−１および５０−３の持続時間を比
較する。もしパルス５０−３が圧縮されていれば、パル
ス１８−１および５０−３は部分的に重なり、小さい第
２調波の発生が起こる。これとは対照的に、もしパルス
５０−３が圧縮されていなければ、パルス１８−１およ
び５０−３は完全に重なり、比較的大きい第２調波が発
生する。
Ｋａｌｐａｘｉｓ外により、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔ
ｒｕｍ，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．７，ｐｐ．９６０−９６
２，Ｊｕｌｙ １９９２に詳述されている。相互相関器
２５は、パルス１８−１および５０−３の持続時間を比
較する。もしパルス５０−３が圧縮されていれば、パル
ス１８−１および５０−３は部分的に重なり、小さい第
２調波の発生が起こる。これとは対照的に、もしパルス
５０−３が圧縮されていなければ、パルス１８−１およ
び５０−３は完全に重なり、比較的大きい第２調波が発
生する。
【００４４】次に、図５には、光パルスの圧縮および増
幅装置の１実施例が概略的に示されており、この装置
は、本発明の教示する所に従って構成され、全体的に参
照番号６１により示されている。
幅装置の１実施例が概略的に示されており、この装置
は、本発明の教示する所に従って構成され、全体的に参
照番号６１により示されている。
【００４５】パルスレーザ６５からの光パルス６３はビ
ームスプリッタ６７に入射し、そこで透過パルス６９と
反射パルス７１とに分割される。ビームスプリッタ６７
は、好ましくは、パルス６９の強度がパルス７１の強度
よりも著しく大であるように構成される。透過パルス６
９は偏光子７３によって偏光せしめられ、光遅延装置７
５により遅延せしめられた後に、ビームスプリッタ７７
に入射する。
ームスプリッタ６７に入射し、そこで透過パルス６９と
反射パルス７１とに分割される。ビームスプリッタ６７
は、好ましくは、パルス６９の強度がパルス７１の強度
よりも著しく大であるように構成される。透過パルス６
９は偏光子７３によって偏光せしめられ、光遅延装置７
５により遅延せしめられた後に、ビームスプリッタ７７
に入射する。
【００４６】パルス７１の径路に沿って配置された光検
出器７９は、パルス７１を、半導体パルスレーザ８１を
トリガするのに用いられる電気信号に変換する。検出器
７９は、例えば光電子増倍管であればよい。例えば衝突
パルスモードロックレーザであるレーザ８１は、強い光
パルス８３を発射する。パルス８３は、パルス６３と同
じ周波数を有する。パルス６３とパルス８３とは共に単
色性のものとするが、これは必要条件ではない。本明細
書および特許請求の範囲において用いられる「単色性」
とは、光パルスが実質的に１つの周波数（または周波数
帯）を有することを意味する。
出器７９は、パルス７１を、半導体パルスレーザ８１を
トリガするのに用いられる電気信号に変換する。検出器
７９は、例えば光電子増倍管であればよい。例えば衝突
パルスモードロックレーザであるレーザ８１は、強い光
パルス８３を発射する。パルス８３は、パルス６３と同
じ周波数を有する。パルス６３とパルス８３とは共に単
色性のものとするが、これは必要条件ではない。本明細
書および特許請求の範囲において用いられる「単色性」
とは、光パルスが実質的に１つの周波数（または周波数
帯）を有することを意味する。
【００４７】パルス８３は、偏光子８５により、パルス
６９と同様に偏光せしめられた後、ビームスプリッタ７
７に入射する。１／４波長板８７は、ビームスプリッタ
７７を通過するパルス８３の一部を構成するパルス８８
を４５°だけ回転させる。ビームスプリッタ８９は、パ
ルス８８が１／４波長板８７を通過した後に、そのパル
ス８８を同一強度の２つのパルス９１および９３に分割
し、パルス９１は透過パルスであり、パルス９３は反射
パルスである。１対のミラー９５および９７はパルス９
１および９３のそれぞれの径路に沿って配置される。ミ
ラー９５および９７は、それぞれ矢印ＣおよびＤによっ
て示される方向に可動であり、それによって後述の理由
のため、パルス９１および９３の相対径路長を所望のよ
うに変化せしめうる。パルス９１および９３は、それぞ
れのミラーによって反射された後に、ビームスプリッタ
８９によって再結合され、１／４波長板８７を通して送
り返され、該１／４波長板において偏光状態をもう一度
４５°回転された後、ビームスプリッタ７７により、径
路７８に沿って反射される。明らかに、パルス９１およ
び９３はパルス６９に対して直角に偏光している。
６９と同様に偏光せしめられた後、ビームスプリッタ７
７に入射する。１／４波長板８７は、ビームスプリッタ
７７を通過するパルス８３の一部を構成するパルス８８
を４５°だけ回転させる。ビームスプリッタ８９は、パ
ルス８８が１／４波長板８７を通過した後に、そのパル
ス８８を同一強度の２つのパルス９１および９３に分割
し、パルス９１は透過パルスであり、パルス９３は反射
パルスである。１対のミラー９５および９７はパルス９
１および９３のそれぞれの径路に沿って配置される。ミ
ラー９５および９７は、それぞれ矢印ＣおよびＤによっ
て示される方向に可動であり、それによって後述の理由
のため、パルス９１および９３の相対径路長を所望のよ
うに変化せしめうる。パルス９１および９３は、それぞ
れのミラーによって反射された後に、ビームスプリッタ
８９によって再結合され、１／４波長板８７を通して送
り返され、該１／４波長板において偏光状態をもう一度
４５°回転された後、ビームスプリッタ７７により、径
路７８に沿って反射される。明らかに、パルス９１およ
び９３はパルス６９に対して直角に偏光している。
【００４８】径路７８に沿って配置されたレンズ９９
は、パルス６９、９１、および９３を、凝縮された物質
１０１から成る物体内へ集束せしめる。凝縮された物質
１０１は、パルス６９と、パルス９１および９３との間
の伝搬定数の不整合を０とする任意の種類の固体または
液体（例えば非複屈折性材料）であればよい。凝縮され
た物質１０１の他端部に配置されたレンズ１０３は、そ
こから出る光パルスを再コリメートする。最後に、パル
ス６９の極性を有する光を選択し、パルス９１および９
３の極性を有する光は選択しない偏光子１０５は、レン
ズ１０３の後に配置されて、、パルス９１および９３を
フィルタ除去する。
は、パルス６９、９１、および９３を、凝縮された物質
１０１から成る物体内へ集束せしめる。凝縮された物質
１０１は、パルス６９と、パルス９１および９３との間
の伝搬定数の不整合を０とする任意の種類の固体または
液体（例えば非複屈折性材料）であればよい。凝縮され
た物質１０１の他端部に配置されたレンズ１０３は、そ
こから出る光パルスを再コリメートする。最後に、パル
ス６９の極性を有する光を選択し、パルス９１および９
３の極性を有する光は選択しない偏光子１０５は、レン
ズ１０３の後に配置されて、、パルス９１および９３を
フィルタ除去する。
【００４９】使用に際しては、パルス６３は光遅延装置
７５によって遅延せしめられ、パルス６９がビームスプ
リッタ７７に、パルス８３とほぼ同時に到着するように
される。また、パルス９１が進む径路長は、パルス９３
が進む径路長より十分に長いので、これらがビームスプ
リッタ７７において再結合される時は、パルス９１はパ
ルス９３に対して時間的に遅延せしめられているので、
パルス９１はパルス６９の後端部に重なり、パルス９３
はパルス６９の前端部に重なる。本実施例におけるよう
に、ポンピングパルスの形状および振幅が同一である場
合は、弱いパルスと２つのポンピングパルスとの間の重
なりは、弱いパルスが対称的に圧縮されるように、好ま
しくは対称的であるべきである。弱いパルスの圧縮を最
大化する重なりの量は、凝縮された物質の長さおよび凝
縮された物質の１次係数を含む、さまざまな因子に依存
する。
７５によって遅延せしめられ、パルス６９がビームスプ
リッタ７７に、パルス８３とほぼ同時に到着するように
される。また、パルス９１が進む径路長は、パルス９３
が進む径路長より十分に長いので、これらがビームスプ
リッタ７７において再結合される時は、パルス９１はパ
ルス９３に対して時間的に遅延せしめられているので、
パルス９１はパルス６９の後端部に重なり、パルス９３
はパルス６９の前端部に重なる。本実施例におけるよう
に、ポンピングパルスの形状および振幅が同一である場
合は、弱いパルスと２つのポンピングパルスとの間の重
なりは、弱いパルスが対称的に圧縮されるように、好ま
しくは対称的であるべきである。弱いパルスの圧縮を最
大化する重なりの量は、凝縮された物質の長さおよび凝
縮された物質の１次係数を含む、さまざまな因子に依存
する。
【００５０】次に、図６には、光パルスの圧縮および増
幅装置のもう１つの実施例が概略的に示されており、こ
の装置は、本発明の教示する所に従って構成され、全体
的に参照番号１３１により示されている。
幅装置のもう１つの実施例が概略的に示されており、こ
の装置は、本発明の教示する所に従って構成され、全体
的に参照番号１３１により示されている。
【００５１】装置１３１は、レーザ１３４からの光パル
スＰ′を、１対のパルス１３５および１３７に分割する
ビームスプリッタ１３３を含む。ビームスプリッタ１３
３は、ビームスプリッタ６７と同様の、４％ビームスプ
リッタである。パルス１３５は偏光子１３９により偏光
せしめられ、光遅延装置１４１により遅延せしめられた
後、ビームスプリッタ１４３に入射し、そこで、該パル
スは径路１４５に沿って進む透過パルス１４４と、径路
１４７に沿って進む反射パルス１４９とに分割される。
スＰ′を、１対のパルス１３５および１３７に分割する
ビームスプリッタ１３３を含む。ビームスプリッタ１３
３は、ビームスプリッタ６７と同様の、４％ビームスプ
リッタである。パルス１３５は偏光子１３９により偏光
せしめられ、光遅延装置１４１により遅延せしめられた
後、ビームスプリッタ１４３に入射し、そこで、該パル
スは径路１４５に沿って進む透過パルス１４４と、径路
１４７に沿って進む反射パルス１４９とに分割される。
【００５２】パルス１３７の径路に沿って配置された検
出器１４６は、パルス１３７を、レーザ１４８のトリガ
に用いられる電気信号に変換する。検出器１４６は、例
えば光電子増倍管であれはよい。好ましくは衝突パルス
モードロックレーザであるレーザ１４８は、強い光パル
ス１４９を発射する。光パルス１４９は偏光子１５１に
よって偏光せしめられた後、ビームスプリッタ１４３を
通過する。それから出たパルスは、１／４波長板１５３
を通過してミラー１５５に入射する。ミラー１５５によ
り反射されたパルスは、次にビームスプリッタ１４３に
よって反射され、その反射されたビームは、パルス１４
４と共に径路１４５に沿って進む。径路１４５に沿って
配置されたレンズ１５７は、パルス１４４および１４９
を凝縮された物質１５９から成る物体内へ集束せしめ
る。凝縮された物質１５９は、好ましくは非複屈折性材
料であり、特に、非複屈折性光ファイバまたは結晶、ま
たは等方性液体または他の材料で、パルス１４４および
１４９の間の伝搬定数の不整合を０ならしめるものであ
る。もし凝縮された物質１５９が複屈折性材料である場
合には、それら２パルス間の伝搬定数の不整合が確実に
０に等しくなるように、装置の他のパラメータが調節さ
れる。レンズ１６１は、凝縮された物質１５９の反対側
端部に配置され、それらのパルスを再コリメートする。
パルス１４４の偏光状態を有する光を選択する偏光子１
６３は、それらのパルスの径路に沿って、レンズ１６１
の後に配置される。パルス１４９は、パルス１４４とは
異なる偏光状態を有するので、パルス１４９は偏光子１
６３によりフィルタ除去される。
出器１４６は、パルス１３７を、レーザ１４８のトリガ
に用いられる電気信号に変換する。検出器１４６は、例
えば光電子増倍管であれはよい。好ましくは衝突パルス
モードロックレーザであるレーザ１４８は、強い光パル
ス１４９を発射する。光パルス１４９は偏光子１５１に
よって偏光せしめられた後、ビームスプリッタ１４３を
通過する。それから出たパルスは、１／４波長板１５３
を通過してミラー１５５に入射する。ミラー１５５によ
り反射されたパルスは、次にビームスプリッタ１４３に
よって反射され、その反射されたビームは、パルス１４
４と共に径路１４５に沿って進む。径路１４５に沿って
配置されたレンズ１５７は、パルス１４４および１４９
を凝縮された物質１５９から成る物体内へ集束せしめ
る。凝縮された物質１５９は、好ましくは非複屈折性材
料であり、特に、非複屈折性光ファイバまたは結晶、ま
たは等方性液体または他の材料で、パルス１４４および
１４９の間の伝搬定数の不整合を０ならしめるものであ
る。もし凝縮された物質１５９が複屈折性材料である場
合には、それら２パルス間の伝搬定数の不整合が確実に
０に等しくなるように、装置の他のパラメータが調節さ
れる。レンズ１６１は、凝縮された物質１５９の反対側
端部に配置され、それらのパルスを再コリメートする。
パルス１４４の偏光状態を有する光を選択する偏光子１
６３は、それらのパルスの径路に沿って、レンズ１６１
の後に配置される。パルス１４９は、パルス１４４とは
異なる偏光状態を有するので、パルス１４９は偏光子１
６３によりフィルタ除去される。
【００５３】使用に際しては、パルス１３５は光遅延装
置１４３によって遅延せしめられ、パルス１３５がパル
ス１４９とほぼ同時にビームスプリッタ１４３に到着す
るようにされる。
置１４３によって遅延せしめられ、パルス１３５がパル
ス１４９とほぼ同時にビームスプリッタ１４３に到着す
るようにされる。
【００５４】ビームスプリッタ１４３においては、図示
されているように、パルス１４９がパルス１４４の前端
部に重なるように、パルス１４４はパルス１４９に結合
せしめられる。
されているように、パルス１４９がパルス１４４の前端
部に重なるように、パルス１４４はパルス１４９に結合
せしめられる。
【００５５】次に、図７には、本発明の教示する所に従
って構成された光通信装置が全体的に参照番号１７１に
よって示されて、図示されている。
って構成された光通信装置が全体的に参照番号１７１に
よって示されて、図示されている。
【００５６】装置１７１は、信号光パルス１７４を発生
するパルスレーザなどの信号源１７３を含む。装置１７
１はまた、信号源１７３からのパルス１７４を遠方の場
所へ伝送する、複数のある長さの長距離光ファイバ１７
５と、パルスが信号源１７３から該長距離光ファイバを
経て伝送される途中で起こるパルスの振幅の損失および
広がりを補償するための、複数のパルス圧縮および増幅
ユニット１７７と、をも含む。ユニット１７７の構成
は、ユニット６１と同一である。図からわかるように、
ファイバ１７５は直列に配置され、それぞれのファイバ
対は、パルス圧縮および増幅ユニット１７７によって分
離されている。このようにして、パルスがファイバを通
過する時、振幅を損失し、また広がる毎に、該パルスは
次の圧縮および増幅ユニット１７７により増幅されかつ
圧縮される。
するパルスレーザなどの信号源１７３を含む。装置１７
１はまた、信号源１７３からのパルス１７４を遠方の場
所へ伝送する、複数のある長さの長距離光ファイバ１７
５と、パルスが信号源１７３から該長距離光ファイバを
経て伝送される途中で起こるパルスの振幅の損失および
広がりを補償するための、複数のパルス圧縮および増幅
ユニット１７７と、をも含む。ユニット１７７の構成
は、ユニット６１と同一である。図からわかるように、
ファイバ１７５は直列に配置され、それぞれのファイバ
対は、パルス圧縮および増幅ユニット１７７によって分
離されている。このようにして、パルスがファイバを通
過する時、振幅を損失し、また広がる毎に、該パルスは
次の圧縮および増幅ユニット１７７により増幅されかつ
圧縮される。
【００５７】以上においては、本発明を実施例に関連し
て説明したが、本技術分野に習熟した者ならば、本発明
の範囲または精神を逸脱することなく、改変および変形
を施しうることを理解すべきである。従って、実施例に
関する以上の説明は、限定的な意味に解釈されるべきで
はなく、本発明は特許請求の範囲およびそれと同等のも
のにより最もよく定められる。
て説明したが、本技術分野に習熟した者ならば、本発明
の範囲または精神を逸脱することなく、改変および変形
を施しうることを理解すべきである。従って、実施例に
関する以上の説明は、限定的な意味に解釈されるべきで
はなく、本発明は特許請求の範囲およびそれと同等のも
のにより最もよく定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎ＝３０かつＴｄ＝２の場合の、伝搬長に沿っ
ての正常分散領域における単一ポンピングパルスによる
縮退相互位相変調（ＤＸＰＭ）の下での、単一プローブ
パルスの包絡線形状の変化を示す図である。実線は、１
０倍に拡大されたプローブパルスの形状の進展を示す。
点線は、ポンピングパルスの形状の進展を示す。
ての正常分散領域における単一ポンピングパルスによる
縮退相互位相変調（ＤＸＰＭ）の下での、単一プローブ
パルスの包絡線形状の変化を示す図である。実線は、１
０倍に拡大されたプローブパルスの形状の進展を示す。
点線は、ポンピングパルスの形状の進展を示す。
【図２】Ｎ＝３０かつＴｄ＝２の場合の、伝搬長に沿っ
ての正常分散領域における２重ポンピングパルスによる
ＤＸＰＭの下での、単一プローブパルスの包絡線形状の
変化を示す図である。実線は、１０倍に拡大されたプロ
ーブパルスの形状の進展を示す。点線は、ポンピングパ
ルスの形状の進展を示す。
ての正常分散領域における２重ポンピングパルスによる
ＤＸＰＭの下での、単一プローブパルスの包絡線形状の
変化を示す図である。実線は、１０倍に拡大されたプロ
ーブパルスの形状の進展を示す。点線は、ポンピングパ
ルスの形状の進展を示す。
【図３】２重ＤＸＰＭにおけるスペクトル分布を示す。
実線は、１０倍に拡大されたプローブパルスのプロフィ
ールである。点線は、ポンピングパルスのスペクトルの
プロフィールであり、これはＮ＝３０かつＴｄ＝２の場
合のものである。
実線は、１０倍に拡大されたプローブパルスのプロフィ
ールである。点線は、ポンピングパルスのスペクトルの
プロフィールであり、これはＮ＝３０かつＴｄ＝２の場
合のものである。
【図４】本発明の原理を確認するのに用いられる実験装
置の概略図である。
置の概略図である。
【図５】本発明の教示する所に従って構成された、光パ
ルスの圧縮および増幅ユニットの１実施例を示す概略図
である。
ルスの圧縮および増幅ユニットの１実施例を示す概略図
である。
【図６】図５に示されている光パルスの圧縮および増幅
ユニットの改変されたものの概略図である。
ユニットの改変されたものの概略図である。
【図７】図５に示されている光パルスの圧縮および増幅
ユニットを用いて、本発明の教示により構成された光通
信装置の１実施例の概略図である。
ユニットを用いて、本発明の教示により構成された光通
信装置の１実施例の概略図である。
【符号の説明】 ６１ 光パルスの圧縮および増幅装置 ６９ 光パルス ７３ 偏光子 ７７ ビームスプリッタ ７８ 径路 ８１ レーザ ８５ 偏光子 ８７ １／４波長板 ８９ ビームスプリッタ ９１ 光パルス ９３ 光パルス ９５ ミラー ９７ ミラー １０１ 凝縮された物質 １０５ 偏光子 １７１ 光通信装置 １７３ 信号源 １７４ 信号光パルス １７５ 長距離光ファイバ １７７ パルス圧縮および増幅ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/10 Ｚ 3/17 (71)出願人 592209593 クアン−ゼン ワン アメリカ合衆国ニューヨーク州，ニューヨ ーク，アパートメント ４−イー ，ダブ リュ．ワンハンドレッドアンドトゥェンテ ィセカンド ストリート 500 (72)発明者 ロバート アール． アルファノ アメリカ合衆国ニューヨーク州，ブロンク ス，インデベンデンス アベニュー 3777 (72)発明者 ピン−ペイ ホ アメリカ合衆国ニューヨーク州，ダグラス トン，シックスティナインス アベニュー 240−42 (72)発明者 クアン−ゼン ワン アメリカ合衆国ニューヨーク州，ニューヨ ーク，アパートメント ４−イー ，ダブ リュ．ワンハンドレッドアンドトゥェンテ ィセカンド ストリート 500
Claims (27)
- 【請求項１】 第１光パルスの圧縮および増幅方法であ
って、 ａ．該第１光パルスを偏光せしめるステップと、 ｂ．それぞれが前記第１パルスと同じ周波数と、該第１
パルスより大きい強度と、を有し、該第１パルスとは異
なる偏光モードで偏光せしめられている第２およひ第３
の光パルスを発生するステップと、 ｃ．前記第２パルスが前記第１パルスの前端部に重な
り、前記第３パルスが前記第１パルスの後端部に重なる
ようにし、該第１パルスと該第２および第３パルスのそ
れぞれとの間の伝搬定数の不整合が約０であるようにし
て、該第１光パルスを該第２および第３光パルスと共に
凝縮された物質中を伝搬せしめるステップと、を含む、
第１光パルスの圧縮および増幅方法。 - 【請求項２】 前記第１、第２、および第３パルスが超
短パルスである、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記凝縮された物質を通過した後に、前
記第１パルスを前記第２パルスおよび前記第３パルスか
ら分離するステップをさらに含む、請求項２記載の方
法。 - 【請求項４】 前記第１、第２、および第３パルスがレ
ーザパルスである、請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 前記第２光パルスの極性と、前記第３光
パルスの極性とが同じである、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記第２光パルスおよび前記第３光パル
スが、前記第１光パルスを対称的に圧縮し、かつ増幅す
る、請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 前記第２光パルスおよび前記第３光パル
スの形状および振幅が同一である、請求項６記載の方
法。 - 【請求項８】 前記第１光パルスが直線偏光しており、
前記第２光パルスおよび前記第３光パルスが直線偏光
し、かつ該第１光パルスに対して直交している、請求項
７記載の方法。 - 【請求項９】 前記凝縮された物質が非複屈折性媒体で
ある、請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 前記凝縮された物質が非複屈折性光フ
ァイバである、請求項８記載の方法。 - 【請求項１１】 前記凝縮された物質が非複屈折性結晶
である、請求項８記載の方法。 - 【請求項１２】 前記凝縮された物質が等方性液体であ
る、請求項８記載の方法。 - 【請求項１３】 本発明による第１光パルスの圧縮およ
び増幅装置であって、 ａ．該第１光パルスを１つの偏光モードで偏光せしめる
手段と、 ｂ．それぞれが前記第１光パルスと同じ周波数と、該第
１光パルスより大きい強度と、を有し、他の偏光モード
で偏光せしめられている第２および第３の光パルスを発
生する手段と、 ｃ．前記３パルスを重なり合う関係をもって共通径路に
沿って進むように組合わせる手段と、 ｄ．該共通径路に沿って配置された凝縮された物質と、
を含み、 ｅ．前記第１パルスと前記第２および第３パルスのそれ
ぞれとの間の伝搬定数の不整合が約０であり、 ｆ．それによって、前記凝縮された物質を通過する時に
前記第１光パルスが圧縮され、かつ増幅されるようにな
っている、第１光パルスの圧縮および増幅装置。 - 【請求項１４】 前記第２パルスが前記第１パルスの前
端部に重なり、前記第３パルスが前記第１パルスの後端
部に重なり、それによって該第２パルスが該第１パルス
の該前端部を圧縮しかつ増幅し、該第３パルスが該第１
パルスの該後端部を圧縮しかつ増幅する、請求項１３記
載の装置。 - 【請求項１５】 前記圧縮されかつ増幅された第１パル
スを、前記第２パルスおよび前記第３パルスから分離す
る手段をさらに含む、請求項１４記載の装置。 - 【請求項１６】 前記第２光パルスの極性と、前記第３
光パルスの極性とが同じである、請求項１５記載の装
置。 - 【請求項１７】 前記第２光パルスおよび前記第３光パ
ルスが、前記第１光パルスを対称的に圧縮し、かつ増幅
する、請求項１６記載の装置。 - 【請求項１８】 前記第２光パルスおよび前記第３光パ
ルスの形状および振幅が同一である、請求項１７記載の
装置。 - 【請求項１９】 前記第１光パルスと、前記第２光パル
スと、前記第３光パルスとが、レーザパルスである、請
求項１８記載の装置。 - 【請求項２０】 前記凝縮された物質が非複屈折性媒体
である、請求項１９記載の装置。 - 【請求項２１】 前記凝縮された物質が非複屈折性光フ
ァイバである、請求項１９記載の装置。 - 【請求項２２】 前記凝縮された物質が非複屈折性結晶
である、請求項１９記載の装置。 - 【請求項２３】 前記凝縮された物質が等方性液体であ
る、請求項１９記載の装置。 - 【請求項２４】 ａ．第１光パルスを発生する手段と、 ｂ．該第１光パルスを１つの位置から他の位置へ伝送す
るための、該第１光パルスの径路に沿って配置された長
距離光ファイバであって、該長距離光ファイバを通過す
る時に該第１光パルスが次第に圧縮解除されかつ増幅損
失を生じる該長距離光ファイバと、 ｃ．該光ファイバの出口に配置され、前記パルスを増幅
し、かつ圧縮するパルス圧縮および増幅ユニットと、を
含む、光通信装置。 - 【請求項２５】 前記パルス圧縮および増幅ユニット
が、 ａ．前記第１光パルスを偏光せしめる手段と、 ｂ．該第１光パルスと同じ周波数を有するが、それとは
異なる偏光状態を有し、またそれより大きい強度を有す
る第２光パルスを発生する手段と、 ｃ．前記第１光パルスと同じ周波数を有するが、それと
は異なる偏光状態を有し、またそれより大きい強度を有
する第３光パルスを発生する手段と、 ｄ．前記第２パルスが前記第１パルスの前端部に重な
り、前記第３パルスが前記第１パルスの後端部に重なる
ように、該第１パルスと、該第２パルスと、該第３パル
スと、を単一径路に沿って組合わせる手段と、 ｅ．該単一径路に沿って配置された凝縮された物質と、
を含み、 ｆ．前記第１パルスと、前記第２および第３パルスのそ
れぞれとの間の伝搬定数の不整合が約０であり、 ｇ．それによって、前記凝縮された物質内を共に伝搬す
る時に、前記第２パルスが前記第１パルスの前記前端部
を圧縮しかつ増幅し、前記第３パルスが前記第１パルス
の前記後端部を圧縮しかつ増幅するようになっており、
さらに、 ｈ．該圧縮されかつ増幅された第１パルスを、前記第２
パルスおよび前記第３パルスから分離する偏光手段 を含む、請求項２４記載の光通信装置。 - 【請求項２６】 前記凝縮された物質が非複屈折性光フ
ァイバである、請求項２５記載の光通信装置。 - 【請求項２７】 前記パルス圧縮および増幅ユニットの
出力に光学的に結合せしめられた第２長距離光ファイバ
と、該第２長距離光ファイバの出力に結合せしめられた
第２パルス圧縮および増幅ユニットと、をさらに含む、
請求項２６記載の光通信装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26647392A JPH07218936A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 超短レーザパルスの圧縮および増幅の方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26647392A JPH07218936A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 超短レーザパルスの圧縮および増幅の方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07218936A true JPH07218936A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=17431423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26647392A Pending JPH07218936A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 超短レーザパルスの圧縮および増幅の方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07218936A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007066759A1 (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | 光圧縮器および極短パルス光源 |
| JP2011530087A (ja) * | 2008-08-01 | 2011-12-15 | エコール ポリーテクニーク | 短レーザーパルス発生装置 |
-
1992
- 1992-08-24 JP JP26647392A patent/JPH07218936A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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