JPH1187828A - Optical pulse source of stabilized repetitive frequency - Google Patents

Optical pulse source of stabilized repetitive frequency

Info

Publication number
JPH1187828A
JPH1187828A JP24561297A JP24561297A JPH1187828A JP H1187828 A JPH1187828 A JP H1187828A JP 24561297 A JP24561297 A JP 24561297A JP 24561297 A JP24561297 A JP 24561297A JP H1187828 A JPH1187828 A JP H1187828A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
optical pulse
pulse
delay
pulse train
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP24561297A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazunori Naganuma
和則 長沼
Shigeo Ishibashi
茂雄 石橋
Yuzo Ishida
祐三 石田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP24561297A priority Critical patent/JPH1187828A/en
Publication of JPH1187828A publication Critical patent/JPH1187828A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical pulse source of a stabilized repetitive frequency for being effective to the optical pulse source provided with any high repetitive frequency, and minimizing the increase of noise by an electronic circuit. SOLUTION: A part of an optical pulse string from a laser resonator 100 is branched by a branching mirror 102 and bisected further by the branching mirror 103, and one of pulse strings is passed through a waveform shaping device 105, propagated through an optical delay line 1.06 for supplying delay equal to the integral multiple of a pulse repetition cycle, and then, made incident to a cross-correlation device 107 along with the other pulse string bisected by the branching mirror 103. The cross-correlation device converts nonlinear signals generated by making the two pulse strings be incident on a nonlinear crystal 118 to electric signals and outputs them as cross-correlation signals Gc . The difference of a cross-correlation signal voltage and a reference voltage 108 is inputted to an integration circuit 109, a resonator length adjustment mechanism 101 is driven by a driving circuit 110 based on the output of the integration circuit 109, and the resonator length of the laser resonator is adjusted.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ピコ秒からフェム
ト秒領域の超短時間幅を持つ光パルスを発生する光パル
ス源について、その繰り返し周波数を安定化する技術に
関する。特に、廉価に実現でき、また、如何に高い繰り
返し周波数を持つ光パルス源に対しても実施可能な繰り
返し周波数の安定化された光パルス源を提供する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for stabilizing the repetition frequency of an optical pulse source that generates an optical pulse having an ultra-short duration in the picosecond to femtosecond range. In particular, the present invention provides an optical pulse source which can be realized at low cost and has a stable repetition frequency which can be applied to an optical pulse source having a high repetition frequency.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信あるいは光情報処理をはじ
めとする多数の産業・学問分野で、ピコ秒からフェムト
秒領域の超高速光信号の適用が隆盛してきており、かか
る超高速光信号を発生する装置についての需要が増して
きた。このような超高速光信号の最も基本的な形態は、
非常に時間幅の短い光パルスであり、一旦、このような
極短光パルスが得られれば、派生的に他の信号波形に変
換できることが知られている。
2. Description of the Related Art In recent years, the use of ultra-high-speed optical signals in the picosecond to femtosecond region has been prosperous in many industrial and academic fields such as optical communication and optical information processing. The demand for generated equipment has increased. The most basic form of such an ultrafast optical signal is
It is an optical pulse having a very short time width, and it is known that once such an extremely short optical pulse is obtained, it can be converted into another signal waveform.

【0003】現在、超短光パルスを発生する方法のうち
で、最も時間幅の短い光パルスを最も高い繰り返し周波
数で、しかも安定に発生できるのは、レーザ光源自体の
持つ光非線形効果に起因するパルス発生動作による場合
であり、この種のパルス発生動作は総称的に受動モード
同期、あるいは自己モード同期と呼ばれている。これに
相対する方法として、外部から変調信号をレーザ光源に
印加して行うパルス発生動作があり、能動モード同期、
あるいは強制モード同期と呼ばれる。
At present, among the methods for generating ultrashort light pulses, the light pulse with the shortest time width can be generated stably at the highest repetition frequency due to the optical nonlinear effect of the laser light source itself. This is the case of a pulse generation operation, and this kind of pulse generation operation is generally called passive mode locking or self mode locking. As a method opposed to this, there is a pulse generation operation performed by applying a modulation signal to the laser light source from the outside, and active mode locking,
Or it is called forced mode synchronization.

【0004】何れのパルス発生動作においても、光パル
スの繰り返し周波数は、レーザ共振器の周回時間の逆数
の整数倍となる。後者の能動モード同期法の発生動作で
は、この共振器長で決まる繰り返し周波数の、整数分の
1、あるいは整数倍の周波数の変調信号を印加して、光
パルスを成長させる。ここでレーザ共振器長は、温度変
化によるドリフト、あるいは振動による揺らぎによって
不可避的に変化するという事情を想起されたい。この
際、後者の能動モード同期法では、共振器長で決まる繰
り返し周波数と、変調信号の周波数の間に齟齬が生じ、
パルス動作が不安定となるか、または発生する光パルス
の時間幅が広がる。ただし、光パルスの繰り返し周波数
は、変調信号の周波数を優先して決まる。これに対し
て、前者の受動モード同期法では、レーザ共振器長が変
化しても、パルス動作は安定で、光パルスの時間幅も不
変であるが、光パルスの繰り返し周波数が変化してしま
う。
In any of the pulse generation operations, the repetition frequency of the light pulse is an integral multiple of the reciprocal of the round-trip time of the laser resonator. In the latter generation operation of the active mode locking method, an optical pulse is grown by applying a modulation signal having a frequency that is 1 / integer or an integral multiple of the repetition frequency determined by the resonator length. Recall that the laser cavity length inevitably changes due to drift due to temperature change or fluctuation due to vibration. At this time, in the latter active mode locking method, a discrepancy occurs between the repetition frequency determined by the resonator length and the frequency of the modulation signal,
The pulse operation becomes unstable or the time width of the generated optical pulse is widened. However, the repetition frequency of the optical pulse is determined by giving priority to the frequency of the modulation signal. On the other hand, in the former passive mode-locking method, even if the laser cavity length changes, the pulse operation is stable and the time width of the light pulse remains unchanged, but the repetition frequency of the light pulse changes. .

【0005】光パルス源から発生された超短光パルスを
応用する際、光パルスの繰り返し周波数の揺動が望まし
くない場合が多い。例えば、光パルスを用いた計測シス
テムを構築する際、得られる時間分解能はパルスの同期
精度に依存するので、繰り返し周波数の揺動によるジッ
ターがあると、時間分解能が損なわれることとなる。こ
のような場合、受動モード同期法によって発生された光
パルスの、時間幅の短さが無意味と化してしまう。それ
故、従来から、受動モード同期レーザの共振器長を制御
して、発生される光パルスの繰り返し周波数を安定化す
る努力が払われてきた。
When applying an ultrashort light pulse generated from an optical pulse source, it is often undesirable to fluctuate the repetition frequency of the light pulse. For example, when constructing a measurement system using an optical pulse, the obtained time resolution depends on the synchronization accuracy of the pulse. Therefore, if there is a jitter due to the fluctuation of the repetition frequency, the time resolution will be impaired. In such a case, the short time width of the optical pulse generated by the passive mode locking method becomes meaningless. Therefore, efforts have conventionally been made to stabilize the repetition frequency of the generated optical pulse by controlling the cavity length of the passive mode-locked laser.

【0006】図7は、このような従来例の構成を示し、
安定な基準発振器を用い、その発振出力に発生される光
パルスの繰り返し周波数を同期する方法を採用してい
る。このような方法は、IEEE Journal of Quantum Elec
tronics 誌・28巻(1992年)・289−296
頁、あるいはOptics Letters誌・19巻(1994年)
・481−483頁に開示されている。
FIG. 7 shows a configuration of such a conventional example.
A method is employed in which a stable reference oscillator is used and the repetition frequency of an optical pulse generated in the oscillation output is synchronized. Such a method is described in the IEEE Journal of Quantum Elec
tronics magazine, volume 28 (1992), 289-296
Page, or Optics Letters, Vol. 19 (1994)
-It is disclosed on pages 481-483.

【0007】図7の例において、レーザ共振器500
は、その内部に変位鏡522を備え、変位鏡522によ
りその共振器長を制御できるように構成されている。レ
ーザ共振器500から発生する光パルス列の一部が分岐
鏡502により分岐されて、反射鏡504を経て高速光
検出器530に入射する。光パルス列の繰り返し周波数
をfとすると、この高速光検出器530の電気出力は、
fの整数倍の周波数を持つ正弦波状のビート信号の重ね
合わせとなる。この出力のうち、fのm(mは零でない
整数)倍の正弦波成分を、高周波増幅器531により増
幅して光パルスの繰り返し周波数の安定化に用いる。
[0007] In the example of FIG.
Is provided with a displacement mirror 522 therein so that the resonator length can be controlled by the displacement mirror 522. A part of the optical pulse train generated from the laser resonator 500 is split by the split mirror 502 and enters the high-speed photodetector 530 via the reflecting mirror 504. Assuming that the repetition frequency of the optical pulse train is f, the electric output of the high-speed photodetector 530 is
A sinusoidal beat signal having a frequency that is an integral multiple of f is superposed. Of this output, a sine wave component of m times m (m is an integer other than zero) is amplified by the high frequency amplifier 531 and used for stabilizing the repetition frequency of the optical pulse.

【0008】高周波増幅器531で増幅された正弦波成
分は、基準発振器532の出力とともに高周波混合器5
33に印加される。ここで、基準発振器532の発振周
波数fref はmfの近傍に設定される。高周波混合器5
33は、印加された2つの入力の和および差の周波数を
出力する。このうち、差成分である周波数mf−fref
の信号を、低域濾波器534によって抽出し、積分回路
509を介して変位鏡522の駆動回路510に供給す
る。
The sine wave component amplified by the high frequency amplifier 531 is output to the high frequency mixer 5 together with the output of the reference oscillator 532.
33. Here, the oscillation frequency f ref of the reference oscillator 532 is set near mf. High frequency mixer 5
33 outputs the sum and difference frequencies of the two applied inputs. Of these, the frequency mf-f ref which is the difference component
Is extracted by the low-pass filter 534 and supplied to the drive circuit 510 of the displacement mirror 522 via the integration circuit 509.

【0009】このように自走周波数fの発振器に対し
て、差周波数mf−fref を誤差信号として周波数制御
端子へ帰還し、発振器の発振周波数をfref /mに安定
化する方法は、一般に、位相ロックループ(PLL)と
いう名で知られている。こうして、この従来の繰り返し
周波数の安定化された光パルス源において、光パルス列
の繰り返し周波数が基準発振器532の発振周波数f
ref の1/mに引き込まれ、繰り返し周波数の安定化が
実現される。
A method of stabilizing the oscillation frequency of the oscillator at fref / m by feeding back the difference frequency mf- fref to the frequency control terminal as an error signal with respect to the oscillator having the free-running frequency f is generally known. , Phase locked loop (PLL). Thus, in this conventional optical pulse source having a stabilized repetition frequency, the repetition frequency of the optical pulse train is changed to the oscillation frequency f of the reference oscillator 532.
It is drawn to 1 / m of ref , and stabilization of the repetition frequency is realized.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の繰り返し周波数の安定化された光パルス源には、以下
のような問題がある。
However, the above-mentioned conventional optical pulse source in which the repetition frequency is stabilized has the following problems.

【0011】上述の従来の安定化方法では、安定化に用
いる正弦波成分の逓倍数mが大きいほど良好な安定化が
期待できることは明らかである。なぜなら、繰り返し周
期fの変化に対する誤差信号mf−fref の変化は、逓
倍数mに比例するからである。ところが、従来の安定化
方法では、高速光検出器530、高周波増幅器531、
基準発振器532、および高周波混合器533の帯域制
限により、設定できる逓倍数mには限りがある。
In the above-described conventional stabilizing method, it is clear that better stabilization can be expected as the multiplication number m of the sine wave component used for stabilization is larger. This is because the change of the error signal mf-f ref to a change in the repetition period f is proportional to the multiplication factor m. However, in the conventional stabilization method, the high-speed photodetector 530, the high-frequency amplifier 531
Due to the band limitation of the reference oscillator 532 and the high-frequency mixer 533, the number of multiplications m that can be set is limited.

【0012】一方、元来の光パルス列に含まれる繰り返
し周波数fの高調波を考えると、パルス列のデューティ
比、すなわちパルス幅の繰り返し周期に対する比、の逆
数程度の次数の高調波が存在する。例えば、繰り返し周
波数fが200MHz、幅50fs(フェムト秒)のパ
ルス列には、10000次以上の高調波が含まれる。こ
れに対して、上述の従来の安定化方法で、基準発振器5
32の周波数fref を10GHzに設定したとしても、
逓倍数mは高々50に過ぎず、元来のモード同期レーザ
光源の短パルス性が、十分に活かされていない。
On the other hand, considering the harmonics of the repetition frequency f included in the original optical pulse train, there are harmonics of the order of the reciprocal of the duty ratio of the pulse train, that is, the ratio of the pulse width to the repetition period. For example, a pulse train having a repetition frequency f of 200 MHz and a width of 50 fs (femtosecond) includes a harmonic of 10,000 or more. On the other hand, in the above-mentioned conventional stabilizing method, the reference oscillator 5
Even if the frequency f ref of 32 is set to 10 GHz,
The multiplication number m is only 50 at most, and the short pulse property of the original mode-locked laser light source is not fully utilized.

【0013】さらに、繰り返し周波数fが元々高いレー
ザ光源、たとえばfが100GHzのモード同期半導体
レーザに対しては、逓倍数mを1にすら設定し難い。上
記でmは零でない整数でなければならなかったことを想
起すれば、この場合、従来の方法ではそもそも安定化動
作が達成できない。
Further, for a laser light source having a high repetition frequency f, for example, a mode-locked semiconductor laser with f being 100 GHz, it is difficult to set the multiplication factor m to even 1. Recall that m had to be a non-zero integer above, in which case the conventional method would not be able to achieve a stabilizing operation in the first place.

【0014】また一般に、繰り返し周波数fあるいは逓
倍数mが高くなるに従って、用いる電子回路、すなわち
高速光検出器530、高周波増幅器531、基準発振器
532、および高周波混合器533が高価となる。特
に、マイクロ波帯の低雑音な基準発振器532の価格
は、レーザ光源自体の価格を容易に越えるに至り、繰り
返し周波数の安定化された光パルス源全体の経済性を損
なう結果となる。
In general, as the repetition frequency f or the multiplication number m increases, the electronic circuits used, that is, the high-speed photodetector 530, the high-frequency amplifier 531, the reference oscillator 532, and the high-frequency mixer 533 become more expensive. In particular, the price of the low-noise reference oscillator 532 in the microwave band easily exceeds the price of the laser light source itself, resulting in impaired economics of the entire repetition frequency stabilized optical pulse source.

【0015】従来の安定化方法には、以上に述べた電子
回路の帯域制限や価格による限界に加えて、例え安定化
動作が達成されたとしても、原理的に、繰り返し周波数
の安定性が基準発振器の発振周波数の安定性を越え得な
いという根本的制約がある。この制約は、既に過去のも
のとなりつつある不安定な超短光パルス光源については
問題とはされなかったが、超短光パルス光源の進歩に伴
ない、著しい問題として浮上してきている。
In the conventional stabilizing method, in addition to the above-mentioned band limitation and price limit of the electronic circuit, even if the stabilizing operation is achieved, the stability of the repetition frequency is, in principle, a reference. There is a fundamental constraint that the stability of the oscillation frequency of the oscillator cannot be exceeded. This limitation has not been considered as a problem with the unstable ultrashort light pulse light source which is already becoming a thing of the past, but has emerged as a significant problem with the progress of the ultrashort light pulse light source.

【0016】上述のように、光パルス列を高速光検出器
530で受光すると、その電気出力は、繰り返し周波数
fの整数倍の周波数を持つ正弦波状のビート信号の重ね
合わせとなる。ここで、繰り返し周波数に揺動が無い
と、各々の正弦波成分は周波数軸上で完全な線スペクト
ルを持つ。逆に、周波数軸上でビート信号を観測すれ
ば、線スペクトルの周りに現れる位相雑音パワーから、
繰り返し周波数に揺動を高感度に検出することができ、
この測定法は位相雑音測定法と呼ばれている。
As described above, when an optical pulse train is received by the high-speed photodetector 530, its electric output is a superposition of sinusoidal beat signals having a frequency that is an integral multiple of the repetition frequency f. Here, if there is no fluctuation in the repetition frequency, each sine wave component has a complete line spectrum on the frequency axis. Conversely, if you observe the beat signal on the frequency axis, the phase noise power that appears around the line spectrum
Fluctuations can be detected with high sensitivity at the repetition frequency,
This measurement method is called a phase noise measurement method.

【0017】図8は従来の安定化方法により逓倍数m=
5として安定化を行ったCrドープYAG(イットリウ
ム・アルミニウム・ガーネット)レーザについて、上記
の位相雑音測定法を用いて、繰り返し周波数の揺動を、
安定化前後について測定した結果を示す。図8中、破線
は、安定化を行わない自走状態のCrドープYAGレー
ザの位相雑音パワースペクトルを示す。一方、実線は、
安定化後の同レーザの位相雑音パワースペクトルを示
す。これらを比較すると、700Hz以下の周波数領域
では、安定化によって位相雑音の減少が見られ、従来法
によって繰り返し周波数の揺動が抑圧されていることが
分かる。
FIG. 8 shows a multiplication number m =
For the stabilized Cr-doped YAG (yttrium aluminum garnet) laser as No. 5, using the above-described phase noise measurement method, the oscillation of the repetition frequency was
The results measured before and after stabilization are shown. In FIG. 8, a broken line indicates a phase noise power spectrum of a Cr-doped YAG laser in a free-running state without performing stabilization. On the other hand, the solid line is
4 shows a phase noise power spectrum of the same laser after stabilization. When these are compared, it can be seen that in the frequency region of 700 Hz or less, the phase noise is reduced by the stabilization, and the fluctuation of the repetition frequency is suppressed by the conventional method.

【0018】ところが、700Hz以上では、逆に、安
定化動作によって位相雑音が増す結果となっている。さ
らに、700Hz以下の周波数領域でも、100Hz、
150Hz、250Hz、300Hzおよび600Hz
といった電源周波数(この場合50Hz)の倍音におい
て、位相雑音の低減が目立って劣っている。これらの測
定結果は、用いた基準発振器532の位相雑音特性が、
安定化動作によって、光パルス列に移譲されていること
を示唆している。現在の、超短光パルス光源では、自走
状態の数百Hz以上の周波数領域で、位相雑音が著しく
小さく、電子発振器の位相雑音と比肩するか、または優
越するに至っている。これは、そもそも、電子発振器と
光発振器(レーザ光源)の発生する電磁波の量子として
のエネルギーの違いによって来る性質であり、理想状態
では、このエネルギーが高く熱雑音領域から離されてい
る光発振器の方が原理的に雑音が小さくできる。従っ
て、光発振器たるレーザ光源に、電気発振器の雑音を移
譲することとなる従来の安定化方法は、物理法則によっ
てレーザ光源に元来付与されている可能性を、かえって
損なうものと見ることができる。
However, above 700 Hz, on the contrary, the phase noise increases due to the stabilizing operation. Furthermore, even in the frequency range of 700 Hz or less, 100 Hz,
150Hz, 250Hz, 300Hz and 600Hz
, The reduction of the phase noise is remarkably inferior in the harmonics of the power supply frequency (in this case, 50 Hz). These measurement results show that the phase noise characteristic of the reference oscillator 532 used is
This indicates that the light pulse train has been transferred by the stabilizing operation. In the present ultrashort light pulse light source, the phase noise is extremely small in the self-running frequency range of several hundred Hz or more, and is equal to or superior to the phase noise of the electronic oscillator. This is due to the difference between the energy of the electromagnetic wave generated by the electronic oscillator and the optical oscillator (laser light source) as a quantum. In an ideal state, this energy is high and the optical oscillator is separated from the thermal noise region. In principle, noise can be reduced. Therefore, the conventional stabilization method, in which the noise of the electric oscillator is transferred to the laser light source as the optical oscillator, can be regarded as impairing the possibility originally given to the laser light source by the laws of physics. .

【0019】以上述べたように、位相ロックループを用
いてモード同期レーザ光源のパルス繰り返し周波数を基
準発振器の周波数に引き込む従来の繰り返し周波数の安
定化された光パルス源は、(1)電子回路の帯域制限に
よってモード同期レーザ光源の短パルス性が活かされ
ず、また(2)高周波電子回路の価格によって経済性が
損なわれ、さらに(3)元来レーザ光源の低雑音性が優
越している周波数領域で、雑音を増大する結果となると
いう解決すべき課題があった。
As described above, the conventional stabilized optical pulse source having a repetition frequency that pulls the pulse repetition frequency of the mode-locked laser light source to the frequency of the reference oscillator using the phase-locked loop has the following advantages. The frequency band in which the short pulse property of the mode-locked laser light source is not utilized due to the band limitation, (2) the economical efficiency is impaired by the price of the high-frequency electronic circuit, and (3) the low noise property of the laser light source is originally superior. Thus, there is a problem to be solved that results in an increase in noise.

【0020】本発明の目的は、従来技術におけるこれら
の困難な課題を解決し、如何に高い繰り返し周波数を持
つ光パルス源に対しても有効で、かつ廉価に実現でき、
さらに電子回路による雑音の増加を最小限に留めた繰り
返し周波数の安定化された光パルス源を提供することに
ある。
An object of the present invention is to solve these difficult problems in the prior art, and to be effective and inexpensive for any optical pulse source having a high repetition frequency.
Another object of the present invention is to provide an optical pulse source having a stabilized repetition frequency with a minimum increase in noise due to an electronic circuit.

【0021】本発明のさらなる目的は、高周波電子回路
の帯域による制限が無く、それによりモード同期レーザ
光源の短パルス性と高繰り返し性の双方が安定化に有利
に働き、また適用可能な繰り返し周波数に上限がない、
さらに電子回路による雑音の流入が少ない利点を有する
繰り返し周波数の安定化された光パルス源を提供するこ
とにある。
It is a further object of the present invention that there is no limitation due to the bandwidth of the high frequency electronic circuit, so that both the short pulse and high repetition properties of the mode-locked laser source favor the stabilization and the applicable repetition frequency. Has no upper limit,
It is still another object of the present invention to provide an optical pulse source having a stabilized repetition frequency, which has an advantage that noise is less introduced by an electronic circuit.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の繰り返し周波数の安定化された光パルス源
は、レーザ共振器から発生されたパルス列を分岐手段で
2分し、一方のパルス列にパルス繰り返し周期の零以外
の整数倍に等しい遅延を与えた後、他方のパルス列とと
もに、光非線形効果を呈する媒質(例えば、非線形結
晶)内に入射結焦し、この媒質内で発生する非線形信号
を電気信号に変換し、この電気信号に基づいてレーザ共
振器の共振器長を制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an optical pulse source having a stabilized repetition frequency according to the present invention comprises a pulse train generated from a laser resonator, divided into two by a branching means, and one of the pulse trains. After giving a delay equal to an integer multiple of the pulse repetition period other than zero, the light is incident and focused together with the other pulse train in a medium (for example, a nonlinear crystal) exhibiting an optical nonlinear effect, and a nonlinear signal generated in the medium is converted into a nonlinear signal. It is characterized in that it is converted into an electric signal, and the cavity length of the laser resonator is controlled based on the electric signal.

【0023】この制御の態様の1つとして、上記電気信
号が一定値となるように共振器長を調整する直流的な方
法がある。
As one form of this control, there is a DC method for adjusting the resonator length so that the electric signal has a constant value.

【0024】また制御の他の態様として、上記2分され
たパルス列の一方に周期的に変化する遅延を与え、上記
電気信号がこの遅延の変化に伴なって変化しないように
共振器長を調整する交流的な方法がある。
As another mode of control, a periodically changing delay is given to one of the divided pulse trains, and the length of the resonator is adjusted so that the electric signal does not change with the change of the delay. There are interchangeable ways to do it.

【0025】上記整数倍に等しい遅延は、光ファイバに
よって与えることができる。このとき、その光ファイバ
の入射端に、当該光ファイバ中の伝搬によるパルス幅の
広がりが小さいパルス波形に整形するための光学系を設
けることが好ましい。
The delay equal to the integral multiple can be provided by an optical fiber. At this time, it is preferable to provide, at the input end of the optical fiber, an optical system for shaping the optical fiber into a pulse waveform having a small pulse width due to propagation in the optical fiber.

【0026】更に詳述すると、請求項1の発明は、光パ
ルス列を発生するためのレーザ共振器に該共振器の光学
長を調整する機構を備え、該光学長を調整することによ
り光パルス列の繰り返し周波数を安定化する光パルス源
において、前記レーザ共振器から発生した光パルス列を
分岐する分岐手段と、該分岐手段により分岐された一方
の光パルス列にパルス繰り返し周期の零でない整数倍の
遅延を与える遅延手段と、前記分岐手段により分岐され
たままの他方の光パルス列と前記遅延手段により遅延さ
れた光パルス列の両方の光パルス列を共に光非線形効果
を有する媒質内に入射結焦する光学手段と、前記非線形
効果を有する媒質内で発生する非線形信号を電気信号に
変換する変換手段と、前記電気信号に基づいて前記レー
ザ共振器の光学長を調整する機構を駆動する駆動制御手
段とを具備することを特徴とする。
More specifically, according to the first aspect of the present invention, a laser resonator for generating an optical pulse train is provided with a mechanism for adjusting the optical length of the resonator, and the optical length is adjusted by adjusting the optical length. In an optical pulse source for stabilizing a repetition frequency, a branching unit for branching an optical pulse train generated from the laser resonator, and one of the optical pulse trains branched by the branching unit is provided with a delay of a non-zero integer multiple of a pulse repetition period. Delay means for providing, and optical means for incidently focusing both light pulse trains of the other light pulse train still branched by the branching means and the light pulse train delayed by the delay means into a medium having an optical nonlinear effect, Converting means for converting a non-linear signal generated in the medium having the non-linear effect into an electric signal; and an optical length of the laser resonator based on the electric signal. Characterized by comprising a drive control means for driving the adjustment to mechanism.

【0027】ここで、前記駆動制御手段は前記電気信号
が一定値となるように前記レーザ共振器の光学長を調整
する機構を駆動するとすることができる。
Here, the drive control means may drive a mechanism for adjusting the optical length of the laser resonator so that the electric signal has a constant value.

【0028】また、前記変換手段が光検出手段であり、
前記駆動制御手段は、前記光検出手段から出力する前記
電気信号を所定の基準電圧と比較する比較手段と、該比
較手段の出力信号を基に前記電気信号が前記基準電圧と
一致するように前記レーザ共振器の光学長を調整する機
構を駆動する駆動手段とを有するとすることができる。
Further, the conversion means is a light detection means,
The drive control unit includes a comparison unit that compares the electric signal output from the light detection unit with a predetermined reference voltage, and the driving unit controls the electric signal based on an output signal of the comparison unit so that the electric signal matches the reference voltage. Driving means for driving a mechanism for adjusting the optical length of the laser resonator.

【0029】更に、前記非線形効果を有する媒質が2倍
波発生効果を示す非線形結晶あるいは2光子吸収効果を
示す材料であり、かつ前記変換手段が光検出手段である
か、または、前記非線形効果を有する媒質と前記変換手
段が2光子吸収効果を示す一つの半導体光検出器によっ
て兼ねられているとすることができる。
Further, the medium having the nonlinear effect is a nonlinear crystal or a material exhibiting a two-photon absorption effect exhibiting a second harmonic generation effect, and the converting means is a light detecting means, or the medium having the nonlinear effect is exhibiting the nonlinear effect. The medium and the conversion means may be shared by one semiconductor photodetector exhibiting a two-photon absorption effect.

【0030】更に、前記遅延手段が光ファイバであると
することができる。
Further, the delay means may be an optical fiber.

【0031】更に、前記光ファイバの入射端にパルス波
形を整形する波形整形手段を備えるとすることができ
る。
Further, a waveform shaping means for shaping a pulse waveform may be provided at an incident end of the optical fiber.

【0032】更に、前記パルス繰り返し周期の零でない
整数倍の遅延を与えるパルス列に対して、該パルス繰り
返し周期の零でない整数倍の遅延を与える前に周期的に
変化する遅延を与える周期的遅延手段と、前記電気信号
のうち前記周期的に変化する遅延の周期と同相の成分の
みを抽出する信号抽出手段とを更に有し、該同相の成分
を基にして前記駆動制御手段により前記共振器の光学長
を調整する機構を駆動するとすることができる。
Further, a periodic delay means for giving a delay that changes periodically before giving a delay of a non-zero integral multiple of the pulse repetition period to a pulse train giving a non-zero integral multiple of the pulse repetition period. And signal extraction means for extracting only a component having the same phase as the period of the periodically changing delay in the electric signal, and the drive control means controls the resonance of the resonator based on the component having the same phase. The mechanism for adjusting the optical length can be driven.

【0033】更に、前記パルス繰り返し周期の零でない
整数倍の遅延を与えない他方のパルス列に対して、周期
的に変化する遅延を与える周期的遅延手段と、前記電気
信号のうち前記周期的に変化する遅延の周期と同相の成
分のみを抽出する信号抽出手段とを更に有し、該同相の
成分を基にして前記駆動制御手段により前記共振器の光
学長を調整する機構を駆動するとすることができる。
Further, a periodic delay means for giving a periodically changing delay to the other pulse train which does not give a delay that is not an integral multiple of non-zero of the pulse repetition period; Signal extraction means for extracting only a component having the same phase as the cycle of the delay to be performed, and driving the mechanism for adjusting the optical length of the resonator by the drive control means based on the component having the same phase. it can.

【0034】更に、前記周期的遅延手段が発振器と該発
振器に接続された変位鏡とで構成され、前記変換手段が
光検出手段であり、該光検出手段から出力する前記電気
信号のうち前記周期的に変化する遅延の周期と同相の成
分のみを抽出する前記信号抽出手段が、前記発振器と接
続された位相検波増幅器であるとすることができる。
Further, the periodic delay means is constituted by an oscillator and a displacement mirror connected to the oscillator, the conversion means is a light detection means, and the period of the electric signal output from the light detection means is equal to the period. The signal extracting means for extracting only a component having the same phase as the periodically changing delay period may be a phase detection amplifier connected to the oscillator.

【0035】更に、前記遅延手段が光ファイバであると
することができる。
Further, the delay means may be an optical fiber.

【0036】更に、前記光ファイバの入射端にパルス波
形を成形する波形整形手段を備えるとすることができ
る。
Further, the optical fiber may further comprise a waveform shaping means for shaping a pulse waveform at the incident end.

【0037】更に、前記非線形効果を有する媒質が2倍
波発生効果を示す非線形結晶あるいは2光子吸収効果を
示す材料であり、かつ前記変換手段が光検出手段である
か、または、前記非線形効果を有する媒質と前記変換手
段が2光子吸収効果を示す一つの半導体光検出器によっ
て兼ねられているとすることができる。
Further, the medium having the nonlinear effect is a nonlinear crystal or a material exhibiting a two-photon absorption effect exhibiting a second-harmonic generation effect, and the converting means is a light detecting means, or the medium having the nonlinear effect is not affected. The medium and the conversion means may be shared by one semiconductor photodetector exhibiting a two-photon absorption effect.

【0038】請求項13の発明は、光パルス列を発生す
るためのレーザ共振器と、該レーザ共振器の光学長を調
整する共振器長調整機構と、前記レーザ共振器から発生
した光パルス列を分岐する第1の分岐鏡と、該第1の分
岐鏡で分岐れた一方の光パルス列を更に分岐する第2の
分岐鏡と、該第2の分岐鏡により分岐された一方の光パ
ルス列にパルス繰り返し周期の零でない整数倍の遅延を
与える光学遅延線と、該光学遅延線の入力端に接続して
入力した光パルス列のパルス波形を整形する波形整形器
と、前記第2の分岐鏡により分岐されたままの他方の光
パルス列と前記光学遅延線により遅延された光パルス列
の両方の光パルス列を共に光非線形効果を有する媒質内
に入射結焦し、該非線形効果を有する媒質内で発生する
非線形信号を電気信号に変換する相互相関器と、該相互
相関器から出力する前記電気信号を基準電圧と比較する
積分回路と、該該積分回路の出力信号を基に前記電気信
号が前記基準電圧と一致するように前記共振器長調整機
構を駆動する駆動駆動回路とを具備することを特徴とす
る。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a laser resonator for generating an optical pulse train, a resonator length adjusting mechanism for adjusting an optical length of the laser resonator, and a branch for an optical pulse train generated from the laser resonator. A first splitting mirror, a second splitting mirror for further splitting one optical pulse train split by the first splitting mirror, and a pulse repetition to one optical pulse train split by the second splitting mirror. An optical delay line that provides a delay that is an integral multiple of a period that is not zero, a waveform shaper that is connected to an input end of the optical delay line and shapes a pulse waveform of an input optical pulse train, and is branched by the second branch mirror. Both optical pulse trains of the other optical pulse train as it is and the optical pulse train delayed by the optical delay line are incident and focused together in a medium having an optical nonlinear effect, and a nonlinear signal generated in the medium having the nonlinear effect is generated. Electricity A cross-correlator that converts the signal into a signal, an integration circuit that compares the electric signal output from the cross-correlator with a reference voltage, and an electric signal that matches the reference voltage based on an output signal of the integration circuit. And a driving circuit for driving the resonator length adjusting mechanism.

【0039】ここで、前記相互相関器は、前記第2の分
岐鏡により分岐されたままの他方の光パルス列と前記光
学遅延線により遅延された光パルス列の両方の光パルス
列を共に光非線形効果を有する媒質内に入射結焦するた
めの光学手段である反射鏡、直角反射プリズム、集束レ
ンズと、前記非線形効果を有する媒質である2倍波発生
効果を示す非線形結晶と、該非線形結晶で発生する非線
形信号を電気信号に変換するための絞り、集光レンズ、
光検出器とを有するとすることができる。
Here, the cross-correlator applies both the optical pulse train of the other optical pulse train that has been split by the second splitting mirror and the optical pulse train delayed by the optical delay line to an optical nonlinear effect. A reflecting mirror, a right-angle reflecting prism, and a converging lens as optical means for incident focusing on a medium having the nonlinear crystal, a nonlinear crystal exhibiting a second harmonic generation effect as a medium having the nonlinear effect, and a nonlinear crystal generated by the nonlinear crystal. A diaphragm, a condenser lens, for converting signals into electrical signals,
And a photodetector.

【0040】また、前記相互相関器は、前記第2の分岐
鏡により分岐されたままの他方の光パルス列と前記光学
遅延線により遅延された光パルス列の両方の光パルス列
を共に光非線形効果を有する媒質内に入射結焦するため
の光学手段である反射鏡、直角反射プリズム、集束レン
ズと、前記非線形効果を有する媒質と該媒質内で発生す
る非線形信号を電気信号に変換する手段を兼ねる2光子
吸収効果を示す半導体光検出器とを有することができ
る。
Further, the cross-correlator has an optical non-linear effect for both the optical pulse train of the other optical pulse train that has been split by the second splitting mirror and the optical pulse train delayed by the optical delay line. A two-photon absorption device that also functions as a reflecting mirror, a right-angle reflecting prism, and a focusing lens, which are optical means for incident focusing on a medium, and a medium having the nonlinear effect and a means for converting a nonlinear signal generated in the medium into an electric signal. A semiconductor photodetector exhibiting an effect.

【0041】(作用)本発明では、レーザ共振器から発
生されたパルス列を2分し、一方のパルス列にパルス繰
り返し周期1/fのM(Mは零以外の整数)倍に等しい
遅延Td を与えた後、他方のパルス列とともに、光非線
形効果を呈する媒質内に入射結焦し、この媒質内で発生
する非線形信号を電気信号に変換する。
(Function) In the present invention, the pulse train generated from the laser resonator is divided into two, and one pulse train is given a delay Td equal to M (M is an integer other than zero) times the pulse repetition period 1 / f. After that, together with the other pulse train, the light is focused into a medium exhibiting the optical nonlinear effect, and the nonlinear signal generated in the medium is converted into an electric signal.

【0042】一般に、光非線形効果を呈する媒質内で、
2つの光パルスを相互作用せしめ、発生する非線形信号
の大きさを計測することで、相互相関信号と呼ばれる信
号が得られる。ここで用いられる光非線形効果の次数お
よび種別、またその結果として非線形信号のとる態様に
は、種々ある。例えば、二次の光非線形効果としては、
2倍波発生効果、または、二光子吸収効果が良く用いら
れる。
In general, in a medium exhibiting an optical nonlinear effect,
A signal called a cross-correlation signal is obtained by causing two light pulses to interact with each other and measuring the magnitude of the generated nonlinear signal. The order and type of the optical nonlinear effect used here, and as a result, there are various modes of the nonlinear signal. For example, as the second-order optical nonlinear effect,
The second harmonic generation effect or the two-photon absorption effect is often used.

【0043】前者の2倍波発生効果では、入射する2つ
の光の波長の半分、すなわち波長λに対してλ/2の波
長の光(2倍波光)が発生されるので、この2倍波光波
長に感度を有する光検出器によって変換し、2倍波光の
パワーに比例した電気信号を得る。後者の二光子吸収効
果では、入射する2つの光から各々1つずつ光子を得て
起こる二光子遷移に伴なって媒質の透過率が減少するの
で、入射光を入射光波長に感度を有する光検出器によっ
て変換し、透過率変化に比例した電気信号を得る。ある
いは半導体材料にあっては電極を装着し二光子遷移に伴
なって生ずるキャリアをその電極で集電することで、直
接、二光子遷移確率に比例した電気信号を得ることもで
きる。
In the former double-harmonic generation effect, half of the wavelength of the two incident lights, that is, light having a wavelength of λ / 2 with respect to the wavelength λ (double-harmonic light) is generated. It is converted by a photodetector having sensitivity to the wavelength to obtain an electric signal proportional to the power of the second harmonic light. In the latter two-photon absorption effect, the transmittance of the medium decreases with the two-photon transition that occurs when one photon is obtained from each of the two incident lights, so that the incident light is sensitive to the wavelength of the incident light. It is converted by a detector to obtain an electrical signal proportional to the change in transmittance. Alternatively, in the case of a semiconductor material, an electric signal proportional to the two-photon transition probability can be directly obtained by attaching an electrode and collecting carriers generated by the two-photon transition with the electrode.

【0044】三次の光非線形効果としては、光カー効
果、または結合調発生効果が用いられ、入射光を適当な
光検出器によって変換して、それぞれの効果の大きさに
比例した電気信号を得る。
As the third-order optical nonlinear effect, an optical Kerr effect or a coupling tone generating effect is used. The incident light is converted by an appropriate photodetector to obtain an electric signal proportional to the magnitude of each effect. .

【0045】さらに、通例は、一光子の実遷移を伴わな
い非共鳴非線形効果が用いられ、この場合、光非線形媒
質または素子は実用上瞬時応答を示すと見なすことがで
きる。従って、例えば、二次の光非線形効果を用いた場
合の相互相関信号Gc の表式として、
Further, a non-resonant nonlinear effect without a real transition of one photon is usually used. In this case, the optical nonlinear medium or element can be regarded as showing an instantaneous response in practical use. Thus, for example, as a table-type cross-correlation signal G c in the case of using the second-order optical nonlinear effect,

【0046】[0046]

【数1】 (Equation 1)

【0047】が得られる。ここで、I1 (t)は遅延を
付与する方のパルス列の強度波形、I0 (t)は他方の
パルス列の強度波形を表す。被積分関数I1 (t−T
d )I0(t)は、非線形結晶で発生された2倍波の強
度波形、積分は、光パルスに比して十分遅い応答時間を
持つ光検出器による光電変換の効果を表している。
Is obtained. Here, I 1 (t) represents the intensity waveform of the pulse train to which a delay is applied, and I 0 (t) represents the intensity waveform of the other pulse train. Integrand I 1 (t−T
d ) I 0 (t) is the intensity waveform of the second harmonic generated by the nonlinear crystal, and the integral represents the effect of the photoelectric conversion by the photodetector having a sufficiently slow response time compared to the light pulse.

【0048】ここで、遅延Td がパルス繰り返し周期1
/fのM倍に等しいことを用いると、
Here, the delay Td is equal to the pulse repetition period 1
Using equal to M times / f,

【0049】[0049]

【数2】 (Equation 2)

【0050】が成り立つ。ここで、Δfは、繰り返し周
波数の変動を表し、関数ymodxはxを法とするyの
剰余を表している。この式(2)を、上式(1)に代入
して、相互相関信号Gc のΔf依存性を表す式
The following holds. Here, Δf represents the variation of the repetition frequency, and the function ymodx represents the remainder of y modulo x. This equation (2) is substituted into the above equation (1) to obtain an equation representing the Δf dependency of the cross-correlation signal G c.

【0051】[0051]

【数3】 (Equation 3)

【0052】が得られる。Is obtained.

【0053】上式(3)は、パルスI0 (t)によって
パルスI1 (t)を、光サンプリング測定して得られる
信号において、これら2つのパルスの間の遅延τが、丁
度τ=M(1/f)(Δf/f)に等しい時の表式に相
当している。このような相互関数信号は、遅延τがゼロ
の場合に最大値をとり、遅延τの絶対値がパルスI
1(t)のパルス幅tp の程度の範囲内でのみゼロでな
い。すなわち、Gc の変化が見られる繰り返し周波数の
相対変動Δf/fの範囲が、
The above equation (3) indicates that in a signal obtained by optical sampling measurement of the pulse I 1 (t) by the pulse I 0 (t), the delay τ between these two pulses is exactly τ = M This corresponds to the expression when it is equal to (1 / f) (Δf / f). Such an interfunction signal takes its maximum value when the delay τ is zero, and the absolute value of the delay τ is the pulse I
It is not zero only within the range of the pulse width tp of 1 (t). That is, the range of the relative variation Δf / f of the repetition frequency at which the change of G c is seen is:

【0054】[0054]

【数4】 (Equation 4)

【0055】と表わされる。ここで、右辺の括弧中は、
パルス幅の繰り返し周期に対する比、すなわちデューテ
ィ比に他ならない。上に述べた、繰り返し周波数200
MHz、幅50fsのフェムト秒光源では、このデュー
ティ比は10-4程度に小さい値となり、また、100m
長の光ファイバ遅延線を用いれば繰り返し周期のM=1
00倍の遅延Td を容易に与えることができる。
Is expressed as follows. Here, in parentheses on the right side,
This is nothing but the ratio of the pulse width to the repetition period, that is, the duty ratio. As mentioned above, the repetition frequency 200
In the case of a femtosecond light source having a frequency of 50 MHz and a width of 50 fs, the duty ratio is a small value of about 10 −4 ,
If a long optical fiber delay line is used, the repetition period M = 1
A delay Td of 00 times can be easily provided.

【0056】この結果、相互相関信号Gc のフルレンジ
が1ppmの繰り返し周波数の変動に対応することにな
り、さらに、相互相関信号Gc の信号対雑音比として1
000は十分期待できるので、1ppbの繰り返し周波
数の変動が容易に検出できる。また、デューティ比はパ
ルス幅が短いほど小さくなる量なので、この場合の検出
感度は、パルス幅が短いほど高くなる。すなわち、相互
相関信号Gc を用いる本方法では、モード同期レーザ光
源の短パルス性が十分に活かされていると言える。
[0056] This results in the full range of the cross correlation signal G c corresponds to the variation of the repetition frequency of 1 ppm, further 1 as the signal-to-noise ratio of the cross-correlation signal G c
Since 000 can be expected sufficiently, a change in the repetition frequency of 1 ppb can be easily detected. In addition, since the duty ratio decreases as the pulse width decreases, the detection sensitivity in this case increases as the pulse width decreases. That is, in this method using a cross-correlation signal G c, it can be said that the short pulses of the mode-locked laser light source is fully utilized.

【0057】別の例として、繰り返し周波数100GH
z、幅1psのモード同期半導体レーザ光源を考える
と、デューティ比は10-1程度であるものの、繰り返し
周波数が高い分、2km長の光ファイバ遅延線を用いる
ことで、繰り返し周期のM=105 倍に及ぶ遅延Td
与えることができ、上記と同様に、相互相関信号Gc
より、フルレンジが1ppm、感度1ppbの繰り返し
周波数の変動の検出が行える。一定長さの遅延線を用い
ても、レーザ光源の繰り返し周波数が高くなれば、自ず
と繰り返し周期に対する倍数Mが比例して増して行くの
で、本方法では、モード同期レーザ光源の高繰り返し性
も活かされる。
As another example, a repetition frequency of 100 GH
Considering a mode-locked semiconductor laser light source having a z and a width of 1 ps, although the duty ratio is about 10 -1 , the repetition frequency is high, and by using an optical fiber delay line having a length of 2 km, the repetition period M = 10 5 It can give a delay T d ranging doubled, in the same manner as described above, the cross-correlation signal G c, full range 1 ppm, enabling the detection of variations in the repetition frequency of the sensitivity 1 ppb. Even if a delay line of a fixed length is used, if the repetition frequency of the laser light source increases, the multiple M with respect to the repetition period naturally increases in proportion, so the method takes advantage of the high repeatability of the mode-locked laser light source. It is.

【0058】以上の相互相関信号Gc を用いて、レーザ
共振器の共振器長を制御する誤差信号を得る方法には、
直流的な方法と交流的な方法の2通りがある。
A method for obtaining an error signal for controlling the cavity length of the laser cavity using the above cross-correlation signal G c includes the following.
There are two methods, a DC method and an AC method.

【0059】直流的な方法では、相互相関信号Gc が基
準値に等しくなるように、Gc と基準値の差を誤差信号
とする。ここで、繰り返し周波数の変動Δfに対するG
c の変化率が最も大きくなる、即ち変曲点におけるGc
の値が最適の基準値である。実用的には、概略、Gc
最大値の半分の値を基準値として選べば良い。
In the DC method, the difference between the cross-correlation signal G c and the reference value is used as an error signal so that the cross-correlation signal G c becomes equal to the reference value. Here, G for the variation Δf of the repetition frequency
c has the largest rate of change, that is, G c at the inflection point
Is the optimal reference value. In practice, it may be selected outline, a half value of the maximum value of G c as a reference value.

【0060】上式(3)から明らかなように、Gc はパ
ルスの強度に比例している。従って、レーザ光源に強度
雑音があり、発生されるパルスの強度が揺らぐと、繰り
返し周波数の変動Δfが無いにもかかわらず相互相関信
号Gc が変化することとなる。このとき、直流的な方法
で得た誤差信号により共振器長を制御していると、パル
スの強度揺らぎによってかえって繰り返し周波数の変動
を惹起する結果となる。
As is apparent from the above equation (3), G c is proportional to the pulse intensity. Therefore, there is intensity noise in the laser light source, the intensity of the generated pulses fluctuates, so that the change despite the cross-correlation signal G c variation Δf is not the repetition frequency. At this time, if the length of the resonator is controlled by an error signal obtained by a DC method, the fluctuation of the pulse intensity causes a change in the repetition frequency.

【0061】このような直流的な方法の欠点は、以下の
交流的な方法を用いることで回避できる。交流的な方法
では、2分されたパルス列の一方に周期的に変化する遅
延を与え、相互相関信号Gc がこの遅延の変化に伴なっ
て変化しないように共振器長を調整する。これには、遅
延の周期的変化に対してGc を同期検波し、その検波出
力を誤差信号とすればよい。この場合、繰り返し周波数
の変動Δfに対するGc の変化率が零となる点、即ち、
パルス波形I1 (t)が単純な釣り鐘型である通常の場
合にはGc の最大値が安定化動作点となる。レーザ光源
から発生されるパルスの強度が揺らいでも、パルス波形
自体が不変に保たれている限り、この安定化動作点は動
かない。それ故、この交流的な方法では、達成される繰
り返し周波数の安定性がパルスの強度揺らぎの影響を受
けない。
The drawbacks of such a DC method can be avoided by using the following AC method. The AC manner, periodically gives a varying delay one-half pulse train, the cross-correlation signal G c to adjust the cavity length so as not to change is accompanied with a change of the delay. To do this, synchronous detection G c against periodic variation of the delay may be the detection output and the error signal. In this case, that the rate of change of G c to variations Δf of the repetition frequency is zero, i.e.,
In the normal case where the pulse waveform I 1 (t) has a simple bell shape, the maximum value of G c is the stabilizing operating point. Even if the intensity of the pulse generated from the laser light source fluctuates, this stabilizing operating point does not move as long as the pulse waveform itself is kept unchanged. Therefore, in this alternating method, the stability of the repetition frequency achieved is not affected by the intensity fluctuation of the pulse.

【0062】既に述べたように、上記整数M倍に等しい
遅延Td は、光ファイバによって与えることができる。
このとき、光ファイバ遅延線に波長分散(群速度分散D
2 )があると、入射時に幅tp のパルスの、伝搬後の幅
t′p が、
As already mentioned, the delay T d equal to the integer M times can be provided by an optical fiber.
At this time, chromatic dispersion (group velocity dispersion D) is applied to the optical fiber delay line.
If there are 2), the pulse width t p during the incident, the width t 'p after propagation,

【0063】[0063]

【数5】 (Equation 5)

【0064】に広がる。上で述べたように、帰還感度は
遅延路の伝搬後の幅t′p に反比例するので、この幅
t′p が最小となるような幅tp =2(D2 ln2)
1/2 のパルスが入射されるように、パルス幅を調整する
ための光学系を光ファイバ遅延線の入射端に設けること
が好ましい。
[0064] As described above, since the feedback sensitivity is inversely proportional to the width t ′ p after propagation of the delay path, the width t p = 2 (D 2 ln2) that minimizes the width t ′ p
It is preferable to provide an optical system for adjusting the pulse width at the incident end of the optical fiber delay line so that a 1/2 pulse is incident.

【0065】例えば、群速度分散D2 の符号を異にする
2種の光ファイバを組み合わせれば、光ファイバ遅延線
の群速度分散D2 をパルスの中心波長に対して零とする
ことができる。しかしながら、この場合でも、より高次
の3次の波長分散D3 が残るのが通例である。何となれ
ば、光ファイバの3次波長分散は通常、正の値をとるか
らである。この3次波長分散が零または負の値をとる光
ファイバは、設計可能なものの、その製造は高精度の寸
法制御が要求されるため非常に困難であり、それ故、現
実には入手困難である。3次の波長分散D3 の存在化で
の伝搬後の幅t′p は、漸近的に入射パルス幅tp の2
乗に反比例する。したがって、この場合、3次の波長分
散による広がりが目立たなくなる程度まで、パルス幅を
広げる光学系を光ファイバ遅延線の入射端に設けること
が好ましい。
For example, if two kinds of optical fibers having different signs of the group velocity dispersion D 2 are combined, the group velocity dispersion D 2 of the optical fiber delay line can be made zero with respect to the center wavelength of the pulse. . However, even in this case, more of the order of the third order wavelength dispersion D 3 remains is customary. This is because the third-order chromatic dispersion of an optical fiber usually takes a positive value. Although an optical fiber having a third-order chromatic dispersion of zero or a negative value can be designed, it is very difficult to manufacture the optical fiber because high-precision dimensional control is required. is there. Width t 'p after propagation in cubic presence of chromatic dispersion D 3 is 2 asymptotically input pulse width t p
It is inversely proportional to the power. Therefore, in this case, it is preferable to provide an optical system for increasing the pulse width at the incident end of the optical fiber delay line until the spread due to the third-order chromatic dispersion becomes inconspicuous.

【0066】[0066]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0067】(第1の実施形態)図1は本発明の第1の
実施形態である、繰り返し周波数の安定化された光パル
ス源の構成を示し、相互相関信号を用いて、レーザ共振
器の共振器長を制御する誤差信号を得る方法として、上
述の直流的な方法を採用した構成の一例を示す。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a configuration of an optical pulse source having a stabilized repetition frequency according to a first embodiment of the present invention. As an example of a method for obtaining an error signal for controlling the resonator length, an example of a configuration employing the above-described DC method will be described.

【0068】図1の構成において、レーザ共振器100
は、共振器長調整機構101を備え、その共振器長を制
御できるよう構成されている。例えば、独立した端面鏡
を持つレーザ共振器では、共振器長調整機構101とし
て、圧電アクチュエータの一端に端面鏡を付着し、この
圧着アクチュエータに印加する電圧によって端面鏡の位
置を変える、いわゆる変位鏡装置を用いる。
In the configuration shown in FIG.
Has a resonator length adjusting mechanism 101 and is configured to be able to control the resonator length. For example, in a laser resonator having an independent end mirror, an end mirror is attached to one end of a piezoelectric actuator as a resonator length adjusting mechanism 101, and the position of the end mirror is changed by a voltage applied to the press-fitting actuator. Use the device.

【0069】この変位鏡装置としては、例えば本願発明
者が提案した特願平8- 232032号に記載の変位鏡
装置を用いることができる。この提案の変位鏡装置は、
一端に反射鏡を付着した圧電アクチュエータの他端に重
りを付着し、この圧電アクチュエータを長手方向の一点
(固定点)において支持枠により固定し、反射鏡の質量
Mと固定点から反射鏡までの距離Lの積MLと、重りの
質量M′と固定点から重りまでの距離L′の積M′L′
とを等しく設定することで、反射鏡にかかる力の反作用
と重りにかかる力の反作用が、固定点上で互いに打ち消
し合い、結果として固定点あるいはこれを保持するマウ
ントには力が加わらない結果、振動を惹起することが無
く安定な共振器長変化を実現し、高速制御が可能という
利点を有する。
As this displacement mirror device, for example, the displacement mirror device described in Japanese Patent Application No. 8-232320 proposed by the present inventor can be used. The proposed displacement mirror device is
A weight is attached to the other end of the piezoelectric actuator having a reflecting mirror attached to one end, and this piezoelectric actuator is fixed by a support frame at one point (fixed point) in the longitudinal direction, and the mass M of the reflecting mirror and the distance from the fixed point to the reflecting mirror are fixed. The product M'L 'of the product ML of the distance L, the mass M' of the weight and the distance L 'from the fixed point to the weight
As a result, the reaction of the force applied to the reflector and the reaction of the force applied to the weight cancel each other on the fixed point, and as a result, no force is applied to the fixed point or the mount holding it, There is an advantage that a stable resonator length change can be realized without causing vibration and high-speed control is possible.

【0070】また、端面鏡を光ファイバ端面に直接蒸着
して形成した光ファイバレーザ共振器の場合は、共振器
長調整機構101として、このファイバ共振器の一部ま
たは全部の温度を増減する構成、または、圧電アクチュ
エータによってファイバの一部を伸縮する構成を用いる
ことができる。
In the case of an optical fiber laser resonator formed by directly depositing an end mirror on the end face of an optical fiber, the resonator length adjusting mechanism 101 is used to increase or decrease the temperature of part or all of the fiber resonator. Alternatively, a configuration in which a part of the fiber is expanded and contracted by a piezoelectric actuator can be used.

【0071】また、モノリシック半導体レーザ共振器の
場合には、ファイバ共振器同様に温度を増減する構成、
あるいは、電極を備えた位相調整領域を共振器内に作り
込み、この電極への印加電圧によってこの位相調整領域
の屈折率を変える構成を、共振器長調整機構101とし
て用いることができる。
In the case of a monolithic semiconductor laser resonator, the temperature is increased or decreased in the same manner as the fiber resonator.
Alternatively, a configuration in which a phase adjustment region including an electrode is formed in a resonator and the refractive index of the phase adjustment region is changed by a voltage applied to the electrode can be used as the resonator length adjustment mechanism 101.

【0072】レーザ共振器100から発生する光パルス
列の一部が分岐鏡102により分岐され、繰り返し周波
数の安定化に用いられる。この分岐されたパルス列は、
次段の分岐鏡103によりさらに2分され、うち一方の
パルス列は、反射鏡104を経て、波形整形器105に
入射する。この波形整形器105は、これに続く光学遅
延線106の出射時のパルス幅が短くなるように、この
光学遅延線106の波長分散特性に応じて、パルス幅を
調整する。波形整形器105を出射したパルス列は、パ
ルス繰り返し周期のM(Mは零以外の整数)倍に等しい
遅延を与える光学遅延線106を伝搬した後、上記分岐
鏡103により2分された他方のパルス列とともに、相
互相関器107に入射する。相互相関器107は、入射
された2つのパルス列に対して、上述の相互相関信号G
c を出力する。
A part of the optical pulse train generated from the laser resonator 100 is split by the split mirror 102 and used for stabilizing the repetition frequency. This branched pulse train is
The pulse train is further divided into two by the branch mirror 103 at the next stage, and one of the pulse trains enters the waveform shaper 105 via the reflection mirror 104. The waveform shaper 105 adjusts the pulse width according to the wavelength dispersion characteristics of the optical delay line 106 so that the pulse width of the subsequent optical delay line 106 at the time of emission is reduced. The pulse train output from the waveform shaper 105 propagates through an optical delay line 106 that gives a delay equal to M (M is an integer other than zero) times the pulse repetition period, and is then split into two by the split mirror 103. At the same time, the light enters the cross-correlator 107. The cross-correlator 107 performs the above-described cross-correlation signal G on the two incident pulse trains.
Output c .

【0073】このような相互相関器107は、例えば、
反射鏡114,115、直角反射プリズム116、集束
レンズ117、非線形結晶118、絞り119、集光レ
ンズ120、および光検出器121から構成される。こ
こで、反射鏡114,115、直角反射プリズム116
は、相互相関器に入射された2つのパルス列のビームの
間隔を狭めて集束レンズ117上に入射するために設置
されている。集束レンズ117を通過した2つのパルス
列は、この集束レンズ117の焦点に置かれた非線形結
晶118中で交差すると同時に、各々のビームが絞り込
まれる。これにより、2つのパルス列が非線形結晶11
8中で光強度の高い状態で相互作用することとなる。本
例において、非線形効果としては、非線形結晶118中
での2倍波発生効果が用いられ、この場合、発生される
2倍波光は、2つの入射光に挟まれた方向に出射する。
絞り119は、この2倍波光の出射方向に開口を持つよ
うに配置され、その結果、2つのパルス列の相互作用に
よって発生した2倍波光のみが、この絞り119を通過
して集光レンズ120に達することができる。集光レン
ズ120により集光されたこの2倍波光は光検出器12
1によって光電変換され、相互相関信号Gc の大きさに
比例した電気信号(相互相関信号電圧)が得られる。
Such a cross-correlator 107 is, for example,
It comprises reflecting mirrors 114 and 115, a right-angle reflecting prism 116, a converging lens 117, a non-linear crystal 118, a stop 119, a condenser lens 120, and a photodetector 121. Here, the reflecting mirrors 114 and 115, the right-angle reflecting prism 116
Is installed to narrow the distance between the two pulse train beams incident on the cross-correlator and to impinge on the focusing lens 117. The two pulse trains passing through the focusing lens 117 intersect in the nonlinear crystal 118 located at the focal point of the focusing lens 117, and at the same time, each beam is narrowed down. Thus, the two pulse trains form the nonlinear crystal 11
8 interact in a state of high light intensity. In the present example, a second-harmonic generation effect in the nonlinear crystal 118 is used as the non-linear effect. In this case, the generated second-harmonic light is emitted in a direction sandwiched by two incident lights.
The stop 119 is arranged so as to have an opening in the direction of emission of the second harmonic light. As a result, only the second harmonic light generated by the interaction of the two pulse trains passes through the stop 119 and enters the condenser lens 120. Can be reached. The second harmonic light collected by the condenser lens 120 is applied to the photodetector 12.
It is photoelectrically converted by 1, an electric signal proportional to the magnitude of the cross correlation signal G c (cross-correlation signal voltage) is obtained.

【0074】相互相関器107から出力する相互相関信
号電圧は、基準電圧108と比較され、この基準電圧1
08との差が積分回路109に入力する。この基準電圧
108の最適値は、相互相関信号電圧の変曲点における
値であるが、実用上は、相互相関信号電圧の最大値の約
半分に設定して差し支えない。積分回路109の出力
は、上述の共振器長調整機構101を駆動する駆動回路
110に供給され、共振器長調整機構101によりレー
ザ共振器100の共振器長を調整する。
The cross-correlation signal voltage output from cross-correlator 107 is compared with reference voltage 108, and this reference voltage 1
08 is input to the integrating circuit 109. The optimum value of the reference voltage 108 is a value at the inflection point of the cross-correlation signal voltage, but may be set to about half of the maximum value of the cross-correlation signal voltage in practical use. The output of the integration circuit 109 is supplied to a drive circuit 110 that drives the above-described resonator length adjustment mechanism 101, and the resonator length adjustment mechanism 101 adjusts the resonator length of the laser resonator 100.

【0075】(第1の実施形態の変形例)図2は本発明
の第1の実施形態の変形例の一つである、繰り返し周波
数の安定化された光パルス源の構成を示し、半導体光検
出器中の二光子遷移を応用した相互相関器107を用い
る構成の一例を示す。
(Modification of First Embodiment) FIG. 2 shows a configuration of an optical pulse source in which a repetition frequency is stabilized, which is one of modifications of the first embodiment of the present invention. An example of a configuration using a cross-correlator 107 applying two-photon transition in a detector is shown.

【0076】このような相互相関器107は、例えば、
反射鏡114,115、直角反射プリズム116、集束
レンズ117、および光検出器130から構成される。
ここで、反射鏡114,115、直角反射プリズム11
6は、相互相関器107に入射された2つのパルス列の
ビームの間隔を狭めて集束レンズ117上に入射するた
めに設置されている。集束レンズ117を通過した2つ
のパルス列は、この集束レンズ117の焦点に置かれた
光検出器130上に、絞り込まれる。
Such a cross-correlator 107 includes, for example,
It comprises reflecting mirrors 114 and 115, a right-angle reflecting prism 116, a focusing lens 117, and a photodetector 130.
Here, the reflecting mirrors 114 and 115, the right-angle reflecting prism 11
Numeral 6 is provided for narrowing the interval between the beams of the two pulse trains that have entered the cross-correlator 107 and for allowing the beams to enter the focusing lens 117. The two pulse trains that have passed through the focusing lens 117 are focused on the photodetector 130 located at the focal point of the focusing lens 117.

【0077】本例において、光検出器130は、半導体
光検出器であって、バンドギャップエネルギに相当する
波長λg が、入射される2つのパルス列の波長λに対し
て、
[0077] In the present embodiment, the optical detector 130 is a semiconductor photodetector, the wavelength lambda g corresponding to the band gap energy, with respect to the wavelength of the two pulse train incident lambda,

【0078】[0078]

【数6】 λg <λ<2λg (6) を満たす。この条件により、この光検出器130は線形
領域では入射されるパルス列に対して感度を持たない。
しかし、二光子が関与する非線形領域では、キャリアが
生成され、G0 +G1 +Gc に比例する光電流が発生す
ることとなる。ここで、Gc は上述の相互相関信号であ
る。また、G0 ,G1 はそれぞれのパルス列単独で発生
される非線形信号を表し、2つのパルス列の間の相対遅
延、あるは、繰り返し周波数の変動に依存しない信号で
ある。
Satisfies λ g <λ <2λ g (6) Due to this condition, the photodetector 130 has no sensitivity to an incident pulse train in the linear region.
However, in the non-linear region where two photons are involved, carriers are generated and a photocurrent proportional to G 0 + G 1 + G c is generated. Here, G c is the cross-correlation signal described above. G 0 and G 1 represent non-linear signals generated by the respective pulse trains alone, and are signals that do not depend on a relative delay between two pulse trains or a variation in repetition frequency.

【0079】この相互相関器107の光検出器130か
ら出力する相互相関信号電圧は、基準電圧108と比較
され、この基準電圧108との差が積分回路109に入
力する。この基準電圧108の最適値は、Gc の変曲点
における値を定数部分G0 +G1 に加えた値であるが、
実用上は、Gc の最大値の約半分をG0 +G1 に加えた
値に設定して差し支えない。
The cross-correlation signal voltage output from the photodetector 130 of the cross-correlator 107 is compared with a reference voltage 108, and the difference from the reference voltage 108 is input to an integration circuit 109. The optimum value of the reference voltage 108 is a value obtained by adding the value at the inflection point of G c to the constant part G 0 + G 1 .
In practice, no problem set about half of the maximum value of G c to a value obtained by adding the G 0 + G 1.

【0080】その他の構成および作用は、図1に示す上
述の第1の実施形態の基本構成に準ずるので、その説明
は省略する。
The other configuration and operation conform to the basic configuration of the above-described first embodiment shown in FIG. 1, and the description thereof will be omitted.

【0081】(第2の実施形態)図3は本発明の第2の
実施形態の、繰り返し周波数の安定化された光パルス源
の構成を示し、相互相関信号を用いて、レーザ共振器の
共振器長を制御する誤差信号を得る方法として、前述の
交流的な方法を採用した構成を示す。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a configuration of an optical pulse source in which a repetition frequency is stabilized, according to a second embodiment of the present invention. As a method of obtaining an error signal for controlling the length, a configuration employing the above-described AC method will be described.

【0082】図3の構成において、レーザ共振器10
0、共振器長調整機構101は図1の例と同様である。
レーザ共振器100から発生する光パルス列の一部が分
岐鏡102により分岐され、繰り返し周波数の安定化に
用いられる。この分岐されたパルス列は、次段の分岐鏡
103によりさらに2分される。分岐鏡103により2
分されたうち、波形整形器105を経て光学遅延線10
6に向かう方のパルス列を反射する反射鏡104に、変
位器111が装着されている。この変位器111は発振
器112により駆動され、反射鏡104を前後に振動さ
せることで、そのパルス列に周期的に変化する遅延を与
える。
In the configuration shown in FIG.
0, the resonator length adjusting mechanism 101 is the same as the example in FIG.
A part of the optical pulse train generated from the laser resonator 100 is split by the split mirror 102 and used for stabilizing the repetition frequency. The branched pulse train is further divided into two by the next stage branch mirror 103. 2 by the split mirror 103
After being divided, the optical delay line 10
The displacement unit 111 is mounted on the reflecting mirror 104 that reflects the pulse train toward 6. The displacer 111 is driven by an oscillator 112 and oscillates the reflecting mirror 104 back and forth, thereby giving a periodically changing delay to the pulse train.

【0083】あるいは、図4に示すように、分岐鏡10
3により2分されたうち、他方のパルス列を反射する分
岐鏡103に上記変位器111を装着し、分岐鏡103
を振動させても同様の効果が得られる。
Alternatively, as shown in FIG.
3, the displacement unit 111 is attached to the split mirror 103 that reflects the other pulse train.
The same effect can be obtained by vibrating.

【0084】図3、図4において、相互相関器107か
ら出力する相互相関信号電圧は、位相検波増幅器113
に入力される。この位相検波増幅器113には、参照入
力として発振器112の出力が接続され、上記相互相関
信号電圧のうち発振器112の出力、すなわち上記の周
期的に変化する遅延と同相で変化する成分の振幅が、位
相検波増幅器113からの出力として得られる。この位
相検波増幅器113の出力を積分回路109に入力し、
駆動回路110を通じて、共振器長調整機構101を駆
動する。
In FIGS. 3 and 4, the cross-correlation signal voltage output from cross-correlator 107 is
Is input to The output of the oscillator 112 is connected to the phase detection amplifier 113 as a reference input, and the output of the oscillator 112 of the cross-correlation signal voltage, that is, the amplitude of the component that changes in phase with the above-mentioned periodically changing delay, It is obtained as an output from the phase detection amplifier 113. The output of the phase detection amplifier 113 is input to the integration circuit 109,
The resonator length adjustment mechanism 101 is driven through the drive circuit 110.

【0085】その他の構成、作用は、図1に示す前述の
第1の実施形態の基本構成に準ずる。
Other structures and operations are similar to those of the above-described first embodiment shown in FIG.

【0086】図3、図4に示す相互相関器107として
は、前述の図1で用いた非線形結晶中での2倍波発生効
果を用いる相互相関器、あるいは上述の図2で用いた半
導体光検出器中の二光子遷移を用いる相互相関器の何れ
でも同様に使用することができる。後者の場合、前述の
ように、相互相関器107からの相互相関信号電圧に、
2つのパルス列の間の相対遅延に依存しない定数部分が
含まれるが、この定数部分は上記の周期的に変化する遅
延に伴なって変化しないので、位相検波増幅器113の
出力に何の変化も及ぼさない。
As the cross-correlator 107 shown in FIGS. 3 and 4, the cross-correlator using the effect of generating a second harmonic in the nonlinear crystal used in FIG. 1 or the semiconductor light used in FIG. Any cross-correlator that uses two-photon transitions in the detector can be used as well. In the latter case, as described above, the cross-correlation signal voltage from the cross-correlator 107 is:
Although a constant part that does not depend on the relative delay between the two pulse trains is included, this constant part does not change with the above-described periodically changing delay, and therefore, does not change the output of the phase detection amplifier 113. Absent.

【0087】[0087]

【実施例】次に、本発明の更に具体的な実施例を説明す
る。
Next, more specific embodiments of the present invention will be described.

【0088】(第1の実施例)図5は、図1で説明した
本発明の第1の実施形態の構成に対応する実施例の構成
を示す。
(First Embodiment) FIG. 5 shows a configuration of an embodiment corresponding to the configuration of the first embodiment of the present invention described with reference to FIG.

【0089】図5の構成では、波長1.55μmにおい
て、繰り返し周波数200MHz、幅60fsのパルス
列を発生するCrドープYAGレーザをレーザ共振器1
00とした。この場合、共振器長調整機構としては、圧
電アクチュエータの一端に全反射端面鏡を付着し、この
圧電アクチュエータに印加する電圧によって端面鏡の位
置を変える、いわゆる変位鏡122を用いる。
In the configuration shown in FIG. 5, a Cr-doped YAG laser that generates a pulse train having a repetition frequency of 200 MHz and a width of 60 fs at a wavelength of 1.55 μm is used as the laser resonator 1.
00. In this case, a so-called displacement mirror 122 is used as the resonator length adjusting mechanism, in which a total reflection end mirror is attached to one end of the piezoelectric actuator, and the position of the end mirror is changed by a voltage applied to the piezoelectric actuator.

【0090】レーザ共振器100から発生された平均出
力100mWの光パルス列は分岐鏡102により2つに
分岐され、その一方の50mWの光パルス列を繰り返し
周波数の安定化に用いた。この分岐されたパルス列は、
さらに分岐鏡103により2分され、大半の48mWの
パルス列は、反射鏡104を経て、結合レンズ126に
より光ファイバに入射される。このうち25mWが光フ
ァイバに結合され伝搬した。ここでは、光学遅延線とし
て、通常の光ファイバ160mと分散シフト光ファイバ
40mをつなぎ合わせることで、総群速度分散D2 を零
とした光ファイバ遅延線128を用いた。全長200m
のこの光ファイバ遅延線128は、上記の繰り返し周波
数200MHzに対して、繰り返し周期のM=200倍
の遅延を与える。上記の2種の光ファイバはいずれも正
の3次の波長分散を持つので、光ファイバ遅延線128
には3次の波長分散が残っており、その結果、上記の幅
60fsのパルス列をそのまま光ファイバ遅延線128
中を伝搬させると、著しい変形を蒙る。これを避けるた
めに、透過波長幅2nmの光学フィルタ127を波形整
形器として光ファイバ遅延線128の入力端に用い、こ
れにより光ファイバ遅延線128に入射するパルスの幅
を1.5psまで広げた。
The optical pulse train with an average output of 100 mW generated from the laser resonator 100 is split into two by a split mirror 102, and one of the 50 mW optical pulse trains is used for stabilizing the repetition frequency. This branched pulse train is
Further, most of the 48 mW pulse train is split into two by the split mirror 103, and is incident on the optical fiber by the coupling lens 126 via the reflecting mirror 104. Of these, 25 mW was coupled to the optical fiber and propagated. Here, an optical fiber delay line 128 having a total group velocity dispersion D 2 of zero by connecting a normal optical fiber 160 m and a dispersion shift optical fiber 40 m was used as an optical delay line. Total length 200m
This optical fiber delay line 128 provides a delay of M = 200 times the repetition period with respect to the above repetition frequency of 200 MHz. Since both of the above two types of optical fibers have a positive tertiary chromatic dispersion, the optical fiber delay line 128
Has a third-order chromatic dispersion, and as a result, the above-described pulse train having a width of 60 fs is directly transmitted to the optical fiber delay line 128.
Propagating through it undergoes significant deformation. To avoid this, an optical filter 127 having a transmission wavelength width of 2 nm is used as a waveform shaper at the input end of the optical fiber delay line 128, thereby increasing the width of a pulse incident on the optical fiber delay line 128 to 1.5 ps. .

【0091】上記のように、分岐鏡103により分岐さ
れた他方の2mWのパルス列は、結合レンズ123によ
り光ファイバ124に入射される。本例では、機器の配
置についての自由度を増すために、光学遅延線128を
通らない方のパルス列も、短尺(1m)の光ファイバ1
24中を伝搬させて、相互相関器107に導いている。
As described above, the other 2 mW pulse train split by the split mirror 103 is incident on the optical fiber 124 by the coupling lens 123. In this example, in order to increase the degree of freedom in the arrangement of the devices, the pulse train that does not pass through the optical delay line 128 is also a short (1 m) optical fiber 1.
The light propagates through the signal path 24 and is guided to the cross-correlator 107.

【0092】光ファイバ124を出射した1mWのパル
ス列と、遅延線128を出射した1mWのパルス列は、
それぞれコリメートレンズ125,129によって平行
光線に変換された後、相互相関器107に入射する。本
例において用いた相互相関器107では、非線形効果と
して、ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )結晶中での2
倍波発生効果が用いられ、その結晶から発生した2倍波
光は相互相関器107中の光電子増倍管(図示しない)
によって光電変換され、増幅感度5×104 V/Aの電
流増幅器(図示しない)によって電圧値に変換された。
この場合、相互相関器107を出力する相互相関信号電
圧の最大値として4Vが得られたので、基準電圧108
を2Vに設定して、その相互相関信号電圧との差を積分
回路109に印加し、その積分回路109の出力を駆動
回路110を通じてレーザ共振器100内の変位鏡12
2に帰還した。
The 1 mW pulse train emitted from the optical fiber 124 and the 1 mW pulse train emitted from the delay line 128 are:
After being converted into parallel rays by the collimating lenses 125 and 129, the rays enter the cross-correlator 107. In the cross-correlator 107 used in the present example, as a non-linear effect, 2% of lithium niobate (LiNbO 3 )
The harmonic generation effect is used, and the second harmonic light generated from the crystal is converted into a photomultiplier tube (not shown) in the cross-correlator 107.
And converted to a voltage value by a current amplifier (not shown) having an amplification sensitivity of 5 × 10 4 V / A.
In this case, since 4 V was obtained as the maximum value of the cross-correlation signal voltage output from the cross-correlator 107, the reference voltage 108
Is set to 2 V, the difference from the cross-correlation signal voltage is applied to the integration circuit 109, and the output of the integration circuit 109 is transmitted through the drive circuit 110 to the displacement mirror 12 in the laser resonator 100.
Returned to 2.

【0093】図6は、この第1の実施例により得られた
特性を示す図である。図6の(A)は相互相関器107
に入射したパルスの自己相関波形を測定した図であり、
実線は光ファイバ124を出射したパルス、破線は光フ
ァイバ遅延線128を出射したパルスについての結果を
示している。これより、光ファイバ124を出射したパ
ルスの幅が100fsと見積もられ、入射パルス幅60
fsから明らかに広がっている。これは、光ファイバ1
24の3次の波長分散により、僅かに1mの伝搬によっ
てもパルスが変形を蒙ったことを示唆する。これに対し
て、波形整形器(光学フィルタ127)を用いて幅を
1.5psまで広げてから光ファイバ遅延線128を伝
搬させたパルスについては、200mの伝搬後でもパル
ス幅の変化が見られない。これは、光学遅延線の前段に
波形整形器を設けることの有効性を明らかに示してい
る。
FIG. 6 is a diagram showing characteristics obtained by the first embodiment. FIG. 6A shows the cross-correlator 107.
FIG. 6 is a diagram showing a result of measuring an autocorrelation waveform of a pulse incident on
The solid line indicates the result of the pulse emitted from the optical fiber 124, and the broken line indicates the result of the pulse emitted from the optical fiber delay line 128. From this, the width of the pulse emitted from the optical fiber 124 is estimated to be 100 fs, and the incident pulse width 60
clearly spread from fs. This is the optical fiber 1
The tertiary chromatic dispersion of 24 suggests that the pulse was deformed even by a propagation of only 1 m. On the other hand, for the pulse propagated through the optical fiber delay line 128 after the width has been increased to 1.5 ps using the waveform shaper (optical filter 127), the pulse width changes even after propagation of 200 m. Absent. This clearly shows the effectiveness of providing a waveform shaper before the optical delay line.

【0094】図6の(B)は本第1の実施例により繰り
返しを安定化したレーザ光源について測定された位相雑
音特性を示す図である。安定化を行わない自走状態のC
rドープYAGレーザの位相雑音パワースペクトルは、
既に本明細書の従来例の説明の欄で用いた図8中の破線
で示してある。図6の(B)の、本第1の実施例による
安定化を行った状態の位相雑音パワースペクトルを図8
の破線で示した自走状態と比較すると、本例では全ての
周波数領域で繰り返し周波数の揺動の抑圧が達成されて
いることが分かる。さらに、従来例に見られたような電
源周波数の倍音における位相雑音低減率の劣化も目立た
ず、ほぼ滑らかな位相雑音パワースペクトルが得られて
いる。
FIG. 6B is a diagram showing the phase noise characteristic measured for the laser light source whose repetition is stabilized by the first embodiment. Self-running C without stabilization
The phase noise power spectrum of an r-doped YAG laser is
This is indicated by the broken line in FIG. 8 which has already been used in the description of the conventional example in this specification. FIG. 8B shows a phase noise power spectrum in a state where the stabilization according to the first embodiment is performed in FIG.
In comparison with the self-running state shown by the broken line, it can be seen that in this example, the suppression of the repetition frequency fluctuation is achieved in all the frequency regions. Further, the deterioration of the phase noise reduction rate in the overtone of the power supply frequency as in the conventional example is not conspicuous, and an almost smooth phase noise power spectrum is obtained.

【0095】ここで、同一のレーザ光源について安定化
を行った本発明の第1の実施例の光パルス源と従来例の
光パルス源について、安定化のために付加する装置部分
の価格を比較してみよう。従来例で最も高価につく部分
は、図7の例において基準発振器532であり、実に付
加装置の価格の70%を占めている。これに、高速光検
出器530、増幅器531、駆動回路510が、それぞ
れ価格の20%、5%、5%を占めて続く。他の部分の
価格は、ほどんど無視できる。一方、本発明の第1の実
施例では、光学フィルタ127、相互相関器107、駆
動回路110のそれぞれが上記の駆動回路510とほぼ
同様の価格であり、他は無視できる。これにより、本実
施例は、従来例の僅か15%の費用で光パルス源を実現
できたことになる。
Here, a comparison is made between the optical pulse source according to the first embodiment of the present invention, in which the same laser light source is stabilized, and the optical pulse source according to the prior art, in terms of the price of a device added for stabilization. Let's try this. The most expensive part in the conventional example is the reference oscillator 532 in the example of FIG. 7, which actually accounts for 70% of the price of the additional device. This is followed by a high-speed photodetector 530, an amplifier 531 and a drive circuit 510, each accounting for 20%, 5% and 5% of the price. The prices of the other parts are almost negligible. On the other hand, in the first embodiment of the present invention, each of the optical filter 127, the cross-correlator 107, and the drive circuit 110 has substantially the same price as the drive circuit 510, and the others can be ignored. As a result, in this embodiment, an optical pulse source can be realized at a cost of only 15% of the conventional example.

【0096】以上のように、本実施例装置によって、光
源の短パルス性が活かされ、廉価で、さらに電子回路に
よる雑音の流入が少ない繰り返し周波数の安定化された
光パルス源が実現できた。
As described above, the apparatus of this embodiment can realize an optical pulse source in which the short pulse characteristics of the light source are utilized, which is inexpensive, and whose repetition frequency is small with less inflow of noise by an electronic circuit.

【0097】(第2の実施例)図2で上述した本発明の
第2の実施形態の構成に対応する第2の実施例を以下に
説明する。
(Second Embodiment) A second embodiment corresponding to the configuration of the second embodiment of the present invention described above with reference to FIG. 2 will be described below.

【0098】相互相関器107以外の構成は図5の上述
の第1の実施例と同一であり、光ファイバ124を出射
した1mWのパルス列と、光ファイバ遅延線128を出
射した1mWのパルス列は、それぞれコリメートレンズ
125,129によって平行光線に変換された後、相互
相関器107に入射する。本例において用いた相互相関
器107では、非線形効果として、シリコンPIN光検
出器中での二光子遷移が用いられる。このシリコン光検
出器では、λg が1.1μmであり、波長λが1.55
μmの光パルス列に対して、上述の式(6)が満たされ
ている。相互相関器107から発生した光電流は、増幅
感度1×107 V/Aの電流増幅器によって電圧値に変
換された。この場合、相互相関器107から出力する相
互相関信号電圧は、定数分G0 ,G1 がそれぞれ150
mV、15mV、また、Gc の最大値として15mVが
得られたので、基準電圧108を173mVに設定し
て、相互相関信号電圧との差を積分回路109に印加
し、その出力を駆動回路110を通じて変位鏡122に
帰還した。
The configuration other than the cross-correlator 107 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 5, and the 1 mW pulse train emitted from the optical fiber 124 and the 1 mW pulse train emitted from the optical fiber delay line 128 are as follows. After being converted into parallel rays by the collimating lenses 125 and 129, the rays enter the cross-correlator 107. In the cross-correlator 107 used in this example, a two-photon transition in a silicon PIN photodetector is used as a nonlinear effect. In this silicon photodetector, λ g is 1.1 μm and wavelength λ is 1.55
Equation (6) described above is satisfied for the optical pulse train of μm. The photocurrent generated from the cross-correlator 107 was converted to a voltage value by a current amplifier having an amplification sensitivity of 1 × 10 7 V / A. In this case, the cross-correlation signal voltages output from the cross-correlator 107 have constants G 0 and G 1 of 150, respectively.
mV, 15mV, also because 15mV is obtained as the maximum value of G c, by setting the reference voltage 108 to 173MV, by applying a difference between the cross-correlation signal voltage to the integrating circuit 109, the drive circuit and the output 110 Through the mirror 122.

【0099】この第2の実施例によっても、上述の第1
の実施例と同様に図6の特性が得られた。安定化のため
に付加する装置部分の価格としては、第2の実施例の相
互相関器107は、上述の第1の実施例で用いた相互相
関器の約半分以下の価格である。これにより、第2の実
施例2は、従来例の僅か12%の費用で行えたことにな
る。
According to the second embodiment, the above-mentioned first embodiment can be used.
The characteristics of FIG. 6 were obtained in the same manner as in the example of FIG. Regarding the price of the device portion added for stabilization, the cross-correlator 107 of the second embodiment is less than about half the price of the cross-correlator used in the above-described first embodiment. As a result, the second embodiment can be performed at a cost of only 12% of the conventional example.

【0100】したがって、本第2の実施例装置によって
も、光源の短パルス性が活かされ、廉価で、さらに電子
回路による雑音の流入が少ない、繰り返し周波数の安定
化された光パルス源が実現できた。
Therefore, according to the device of the second embodiment, an optical pulse source having a low repetition frequency and a low repetition frequency can be realized by utilizing the short pulse characteristics of the light source, making it inexpensive, and reducing the inflow of noise by the electronic circuit. Was.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による繰り
返し周波数の安定化された光パルス源には、高周波電子
回路の帯域による制限が無く、それ故、モード同期レー
ザ光源の短パルス性と高繰り返し性の双方が安定化に有
利に働き、また適用可能な繰り返し周波数に上限がな
い。また、本発明の繰り返し周波数の安定化された光パ
ルス源は、廉価に実現でき、電子回路による雑音の流入
が少ないので、工業的に大きな効果が得られると期待で
きる。
As described above, the optical pulse source having a stabilized repetition frequency according to the present invention is not limited by the band of the high-frequency electronic circuit. Both the repeatability favors stabilization and there is no upper limit on the applicable repetition frequency. Further, the optical pulse source of the present invention having a stabilized repetition frequency can be realized at a low cost, and the inflow of noise by an electronic circuit is small, so that it can be expected that a great effect can be obtained industrially.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態における繰り返し周波
数の安定化された光パルス源を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical pulse source in which a repetition frequency is stabilized in a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態の変形例の光パルス源
を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an optical pulse source according to a modified example of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施形態における繰り返し周波
数の安定化された光パルス源を示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an optical pulse source having a stabilized repetition frequency according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施形態の変形例の光パルス源
を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an optical pulse source according to a modification of the second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例における繰り返し周波数
の安定化された光パルス源を示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing an optical pulse source having a stabilized repetition frequency according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例により得られた特性を示
し、(A)は相互相関器に入射したパルスの自己相関波
形を示すグラフ、(B)は位相雑音特性を示すグラフで
ある。
6A and 6B show characteristics obtained by the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 6A is a graph showing an autocorrelation waveform of a pulse incident on a cross-correlator, and FIG. 6B is a graph showing phase noise characteristics. is there.

【図7】従来例の繰り返し周波数の安定化された光パル
ス源を示す構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional optical pulse source with a stabilized repetition frequency.

【図8】従来例により得られた位相雑音特性を示すグラ
フである。
FIG. 8 is a graph showing phase noise characteristics obtained by a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 レーザ共振器 101 共振器長調整機構 102,103 分岐鏡 104 反射鏡 105 波形整形器 106 光学遅延線 107 相互相関器 108 基準電圧 109 積分回路 110 駆動回路 111 変位器 112 発振器 113 位相検波増幅器 114,115 反射鏡 116 直角反射プリズム 117 集束レンズ 118 非線形結晶 119 絞り 120 集光レンズ 121 光検出器 122 変位鏡 123 結合レンズ 124 光ファイバ 125 コリメートレンズ 126 結合レンズ 127 光学フィルタ 128 光ファイバ 129 コリメートレンズ 500 レーザ共振器 502 分岐鏡 504 反射鏡 509 積分回路 510 駆動回路 522 変位鏡 530 高速光検出器 531 高周波増幅器 532 基準発振器 533 高周波混合器 534 低域濾波器 REFERENCE SIGNS LIST 100 laser resonator 101 resonator length adjustment mechanism 102, 103 branch mirror 104 reflecting mirror 105 waveform shaper 106 optical delay line 107 cross-correlator 108 reference voltage 109 integration circuit 110 drive circuit 111 displacement unit 112 oscillator 113 phase detection amplifier 114, 115 Reflecting mirror 116 Right angle reflecting prism 117 Converging lens 118 Nonlinear crystal 119 Aperture 120 Condensing lens 121 Photodetector 122 Displacement mirror 123 Coupling lens 124 Optical fiber 125 Collimating lens 126 Coupling lens 127 Optical filter 128 Optical fiber 129 Collimating lens 500 Laser resonance Instrument 502 Branch mirror 504 Reflecting mirror 509 Integration circuit 510 Drive circuit 522 Displacement mirror 530 High-speed photodetector 531 High-frequency amplifier 532 Reference oscillator 533 High-frequency mixer 534 Low-pass filter

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光パルス列を発生するためのレーザ共振
器に該共振器の光学長を調整する機構を備え、該光学長
を調整することにより光パルス列の繰り返し周波数を安
定化する光パルス源において、 前記レーザ共振器から発生した光パルス列を分岐する分
岐手段と、 該分岐手段により分岐された一方の光パルス列にパルス
繰り返し周期の零でない整数倍の遅延を与える遅延手段
と、 前記分岐手段により分岐されたままの他方の光パルス列
と前記遅延手段により遅延された光パルス列の両方の光
パルス列を共に光非線形効果を有する媒質内に入射結焦
する光学手段と、 前記非線形効果を有する媒質内で発生する非線形信号を
電気信号に変換する変換手段と、 前記電気信号に基づいて前記レーザ共振器の光学長を調
整する機構を駆動する駆動制御手段とを具備することを
特徴とする光パルス源。
1. An optical pulse source comprising: a laser resonator for generating an optical pulse train; and a mechanism for adjusting an optical length of the resonator, wherein the optical length is adjusted to stabilize a repetition frequency of the optical pulse train. Branching means for branching an optical pulse train generated from the laser resonator; delay means for providing a non-zero integer multiple of a pulse repetition period to one of the optical pulse trains branched by the branching means; Optical means for incidentally focusing both of the other light pulse train as it is and the light pulse train delayed by the delay means into a medium having an optical non-linear effect; and generating the light pulse train in the medium having the non-linear effect. Converting means for converting a non-linear signal into an electric signal; and a driving system for driving a mechanism for adjusting an optical length of the laser resonator based on the electric signal. Optical pulse source characterized by comprising a means.
【請求項2】 前記駆動制御手段は前記電気信号が一定
値となるように前記レーザ共振器の光学長を調整する機
構を駆動することを特徴とする請求項1に記載の光パル
ス源。
2. The optical pulse source according to claim 1, wherein said drive control means drives a mechanism for adjusting an optical length of said laser resonator so that said electric signal has a constant value.
【請求項3】 前記駆動制御手段は、前記光検出手段か
ら出力する前記電気信号を所定の基準電圧と比較する比
較手段と、 該比較手段の出力信号を基に前記電気信号が前記基準電
圧と一致するように前記レーザ共振器の光学長を調整す
る機構を駆動する駆動手段とを有することを特徴とする
請求項1または2に記載の光パルス源。
3. The drive control unit includes: a comparison unit that compares the electric signal output from the light detection unit with a predetermined reference voltage; and based on an output signal of the comparison unit, the electric signal is compared with the reference voltage. 3. The optical pulse source according to claim 1, further comprising: driving means for driving a mechanism for adjusting an optical length of the laser resonator so as to match.
【請求項4】 前記非線形効果を有する媒質が2倍波発
生効果を示す非線形結晶あるいは2光子吸収効果を示す
材料であり、かつ前記変換手段が光検出手段であるか、
または、前記非線形効果を有する媒質と前記変換手段が
2光子吸収効果を示す一つの半導体光検出器によって兼
ねられていることを特徴とする請求項1ないし3のいず
れかに記載の光パルス源。
4. The method according to claim 1, wherein the medium having the nonlinear effect is a nonlinear crystal exhibiting a second harmonic generation effect or a material exhibiting a two-photon absorption effect, and the converting means is a light detecting means.
4. The optical pulse source according to claim 1, wherein the medium having the non-linear effect and the converting means are combined by one semiconductor photodetector exhibiting a two-photon absorption effect.
【請求項5】 前記遅延手段が光ファイバであることを
特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の光パル
ス源。
5. An optical pulse source according to claim 1, wherein said delay means is an optical fiber.
【請求項6】 前記光ファイバの入射端にパルス波形を
整形する波形整形手段を備えることを特徴とする請求項
5に記載の光パルス源。
6. The optical pulse source according to claim 5, further comprising a waveform shaping unit configured to shape a pulse waveform at an incident end of the optical fiber.
【請求項7】 前記パルス繰り返し周期の零でない整数
倍の遅延を与えるパルス列に対して、該パルス繰り返し
周期の零でない整数倍の遅延を与える前に周期的に変化
する遅延を与える周期的遅延手段と、 前記電気信号のうち前記周期的に変化する遅延の周期と
同相の成分のみを抽出する信号抽出手段とを更に有し、 該同相の成分を基にして前記駆動制御手段により前記共
振器の光学長を調整する機構を駆動することを特徴とす
る請求項1に記載の光パルス源。
7. A periodic delay means for providing a delay which changes periodically before giving a delay of a non-zero integral multiple of the pulse repetition period to a pulse train giving a non-zero integral multiple of the pulse repetition period. And a signal extracting means for extracting only a component in phase with the period of the periodically changing delay in the electric signal, wherein the drive control means controls the resonance of the resonator based on the in-phase component. The optical pulse source according to claim 1, wherein a mechanism for adjusting an optical length is driven.
【請求項8】 前記パルス繰り返し周期の零でない整数
倍の遅延を与えない他方のパルス列に対して、周期的に
変化する遅延を与える周期的遅延手段と、 前記電気信号のうち前記周期的に変化する遅延の周期と
同相の成分のみを抽出する信号抽出手段とを更に有し、 該同相の成分を基にして前記駆動制御手段により前記共
振器の光学長を調整する機構を駆動することを特徴とす
る請求項1に記載の光パルス源。
8. A periodic delay means for providing a periodically varying delay to the other pulse train which does not provide a delay of a non-zero integral multiple of the pulse repetition period; Signal extracting means for extracting only a component having the same phase as the cycle of the delay to be performed, and driving the mechanism for adjusting the optical length of the resonator by the drive control means based on the component having the same phase. The optical pulse source according to claim 1, wherein
【請求項9】 前記周期的遅延手段が発振器と該発振器
に接続された変位鏡とで構成され、 該光検出手段から出力する前記電気信号のうち前記周期
的に変化する遅延の周期と同相の成分のみを抽出する前
記信号抽出手段が、前記発振器と接続された位相検波増
幅器であることを特徴とする請求項7または8に記載の
光パルス源。
9. The periodic delay means comprises an oscillator and a displacement mirror connected to the oscillator, wherein the electric signal output from the light detection means has the same phase as the period of the periodically changing delay. 9. The optical pulse source according to claim 7, wherein the signal extracting means for extracting only the component is a phase detection amplifier connected to the oscillator.
【請求項10】 前記遅延手段が光ファイバであること
を特徴とする請求項7ないし9のいずれかに記載の光パ
ルス源。
10. An optical pulse source according to claim 7, wherein said delay means is an optical fiber.
【請求項11】 前記光ファイバの入射端にパルス波形
を成形する波形整形手段を備えることを特徴とする請求
項10に記載の光パルス源。
11. The optical pulse source according to claim 10, further comprising a waveform shaping means for shaping a pulse waveform at an input end of said optical fiber.
【請求項12】 前記非線形効果を有する媒質が2倍波
発生効果を示す非線形結晶あるいは2光子吸収効果を示
す材料であり、かつ前記変換手段が光検出手段である
か、または、前記非線形効果を有する媒質と前記変換手
段が2光子吸収効果を示す一つの半導体光検出器によっ
て兼ねられていることを特徴とする請求項7ないし11
のいずれかに記載の光パルス源。
12. The medium having the nonlinear effect is a nonlinear crystal exhibiting a second harmonic generation effect or a material exhibiting a two-photon absorption effect, and the converting means is a light detecting means, or the medium having the nonlinear effect is a light detecting means. 12. The medium according to claim 7, wherein said medium and said converting means are combined by one semiconductor photodetector exhibiting a two-photon absorption effect.
The light pulse source according to any one of the above.
【請求項13】 光パルス列を発生するためのレーザ共
振器と、 該レーザ共振器の光学長を調整する共振器長調整機構
と、 前記レーザ共振器から発生した光パルス列を分岐する第
1の分岐鏡と、 該第1の分岐鏡で分岐れた一方の光パルス列を更に分岐
する第2の分岐鏡と、 該第2の分岐鏡により分岐された一方の光パルス列にパ
ルス繰り返し周期の零でない整数倍の遅延を与える光学
遅延線と、 該光学遅延線の入力端に接続して入力した光パルス列の
パルス波形を整形する波形整形器と、 前記第2の分岐鏡により分岐されたままの他方の光パル
ス列と前記光学遅延線により遅延された光パルス列の両
方の光パルス列を共に光非線形効果を有する媒質内に入
射結焦し、該非線形効果を有する媒質内で発生する非線
形信号を電気信号に変換する相互相関器と、 該相互相関器から出力する前記電気信号を基準電圧と比
較する積分回路と、 該該積分回路の出力信号を基に前記電気信号が前記基準
電圧と一致するように前記共振器長調整機構を駆動する
駆動駆動回路とを具備することを特徴とする光パルス
源。
13. A laser resonator for generating an optical pulse train, a resonator length adjusting mechanism for adjusting an optical length of the laser resonator, and a first branch for splitting an optical pulse train generated from the laser resonator A mirror; a second branching mirror for further branching one of the optical pulse trains branched by the first branching mirror; and a non-zero integer of a pulse repetition period to one of the optical pulse trains branched by the second branching mirror. An optical delay line for providing a double delay, a waveform shaper connected to an input end of the optical delay line for shaping a pulse waveform of an optical pulse train input thereto, and the other of the other portions still split by the second split mirror Both the optical pulse train and the optical pulse train delayed by the optical delay line are incident and focused on a medium having an optical non-linear effect, and a non-linear signal generated in the medium having the non-linear effect is converted into an electric signal. A cross-correlator, an integration circuit for comparing the electric signal output from the cross-correlator with a reference voltage, and the resonator based on an output signal of the integration circuit so that the electric signal matches the reference voltage. An optical pulse source, comprising: a drive circuit for driving a length adjustment mechanism.
【請求項14】 前記相互相関器は、前記第2の分岐鏡
により分岐されたままの他方の光パルス列と前記光学遅
延線により遅延された光パルス列の両方の光パルス列を
共に光非線形効果を有する媒質内に入射結焦するための
光学手段である反射鏡、直角反射プリズム、集束レンズ
と、 前記非線形効果を有する媒質である2倍波発生効果を示
す非線形結晶と、 該非線形結晶で発生する非線形信号を電気信号に変換す
るための絞り、集光レンズ、光検出器とを有することを
特徴とする請求項13に記載の光パルス源。
14. The cross-correlator has an optical non-linear effect on both the optical pulse train of the other optical pulse train that has been split by the second splitting mirror and the optical pulse train delayed by the optical delay line. A reflecting mirror, a right-angle reflecting prism, and a converging lens as optical means for focusing into a medium; a nonlinear crystal exhibiting a second harmonic generation effect as a medium having the nonlinear effect; and a nonlinear signal generated by the nonlinear crystal. 14. The optical pulse source according to claim 13, further comprising a stop, a condenser lens, and a photodetector for converting the light into an electric signal.
【請求項15】 前記相互相関器は、前記第2の分岐鏡
により分岐されたままの他方の光パルス列と前記光学遅
延線により遅延された光パルス列の両方の光パルス列を
共に光非線形効果を有する媒質内に入射結焦するための
光学手段である反射鏡、直角反射プリズム、集束レンズ
と、 前記非線形効果を有する媒質と該媒質内で発生する非線
形信号を電気信号に変換する手段を兼ねる2光子吸収効
果を示す半導体光検出器とを有することを特徴とする請
求項13に記載の光パルス源。
15. The cross-correlator has an optical non-linear effect for both the optical pulse train of the other optical pulse train that has been split by the second split mirror and the optical pulse train delayed by the optical delay line. A two-photon absorber which also functions as a reflecting mirror, a right-angle reflecting prism, and a focusing lens, which are optical means for incident focusing on the medium, and a medium having the nonlinear effect and a means for converting a nonlinear signal generated in the medium into an electric signal. 14. The optical pulse source according to claim 13, further comprising a semiconductor photodetector exhibiting an effect.
JP24561297A 1997-09-10 1997-09-10 Optical pulse source of stabilized repetitive frequency Pending JPH1187828A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24561297A JPH1187828A (en) 1997-09-10 1997-09-10 Optical pulse source of stabilized repetitive frequency

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24561297A JPH1187828A (en) 1997-09-10 1997-09-10 Optical pulse source of stabilized repetitive frequency

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1187828A true JPH1187828A (en) 1999-03-30

Family

ID=17136301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24561297A Pending JPH1187828A (en) 1997-09-10 1997-09-10 Optical pulse source of stabilized repetitive frequency

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1187828A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002368313A (en) * 2001-06-12 2002-12-20 Aisin Seiki Co Ltd Passive type mode-locked fiber laser
JP2010045147A (en) * 2008-08-12 2010-02-25 Fujifilm Corp Mode synchronous laser device, pulse laser light source device, and microscope device
JP2013057880A (en) * 2011-09-09 2013-03-28 National Institute Of Information & Communication Technology Optical fiber type optical functional device cartridge module
CN111201433A (en) * 2017-08-24 2020-05-26 国立大学法人名古屋大学 Light generating apparatus, carbon isotope analyzing apparatus and carbon isotope analyzing method using the same
CN113224630A (en) * 2021-04-22 2021-08-06 合肥工业大学 Delay light path locking device and method

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002368313A (en) * 2001-06-12 2002-12-20 Aisin Seiki Co Ltd Passive type mode-locked fiber laser
JP2010045147A (en) * 2008-08-12 2010-02-25 Fujifilm Corp Mode synchronous laser device, pulse laser light source device, and microscope device
JP2013057880A (en) * 2011-09-09 2013-03-28 National Institute Of Information & Communication Technology Optical fiber type optical functional device cartridge module
CN111201433A (en) * 2017-08-24 2020-05-26 国立大学法人名古屋大学 Light generating apparatus, carbon isotope analyzing apparatus and carbon isotope analyzing method using the same
CN113224630A (en) * 2021-04-22 2021-08-06 合肥工业大学 Delay light path locking device and method
CN113224630B (en) * 2021-04-22 2022-09-30 合肥工业大学 Delayed light path locking device and locking method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100483871C (en) Generation of radiation with stabilized frequency
CN110168822B (en) Optical frequency comb generator with carrier envelope offset frequency detection
JP3390755B2 (en) Wavelength tunable short pulse light generating apparatus and method
US6594061B2 (en) Acceleration-insensitive opto-electronic oscillators
US6850543B2 (en) Mode-locked pulsed laser system and method
JP3443534B2 (en) Atomic frequency standard laser pulse oscillator
WO2019213137A1 (en) Optical frequency comb generation in integrated lithium niobate devices
US6862131B2 (en) Laser light generating apparatus and method
US7538935B2 (en) All-optical, continuously tunable, pulse delay generator using wavelength conversion and dispersion
US20030016347A1 (en) Optical sampling waveform measuring apparatus
CN109103740B (en) Method for generating ultra-wideband optical radiation based on chirped pulse optical parametric oscillator
JPH1187828A (en) Optical pulse source of stabilized repetitive frequency
US20040021056A1 (en) Method and device for producing radio frequency waves
JP3350874B2 (en) Laser pulse oscillator
US11822207B2 (en) Method and apparatus for generating optical frequency comb
JP3291466B2 (en) Optical signal waveform measurement method
JP2019039972A (en) Signal generator and signal generating method
JP3849019B2 (en) Method and apparatus for reducing timing jitter of optical pulse
JP3351212B2 (en) Pulse light source
Lelièvre et al. Low phase noise 10 GHz coupled optoelectronic oscillator
JPH11326065A (en) Light signal wave-form measuring method
US6313939B1 (en) Optical phase oscillator with a maximum output amplifier
JP3092757B2 (en) Optical pulse laser frequency division synchronization signal generator
JP2614873B2 (en) Optical PLL circuit
JP3055735B2 (en) Passive mode-locked semiconductor laser device