WO2017047712A1 - レーザー発振器及びレーザー発振器を備えた分光装置、光コヒーレンストモグラフィ装置、非同期光サンプリング装置、長距離絶対距離計測装置、ｃｗレーザー高速高分解能分光装置 - Google Patents

レーザー発振器及びレーザー発振器を備えた分光装置、光コヒーレンストモグラフィ装置、非同期光サンプリング装置、長距離絶対距離計測装置、ｃｗレーザー高速高分解能分光装置 Download PDF

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pulse laser
laser oscillator
nonlinear crystal
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拓郎 井手口
將 中村
小林　洋平
圭介 合田
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国立大学法人東京大学
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/45—Interferometric spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering

Definitions

  • the present invention relates to a laser oscillator and a spectroscopic device including the laser oscillator, an optical coherence tomography device, an asynchronous optical sampling device, a long-range absolute distance measuring device, and a CW laser high-speed high-resolution spectroscopic device.
  • Fourier spectroscopy using a Michelson interferometer (also referred to as FT-IR) is widely used.
  • FT-IR Michelson interferometer
  • dual-comb spectroscopy two ultrashort pulse lasers with different repetition frequencies are overlapped and irradiated onto the specimen, the light transmitted through the specimen is detected, and the detected transmitted light is Fourier transformed to obtain a spectral spectrum. obtain.
  • the dual-comb spectroscopy it is possible to measure in a shorter time because the mirror is not mechanically moved and the light transmitted through the test object is detected and Fourier-transformed.
  • the present invention provides a laser oscillator that can reduce the size of the apparatus, a spectroscopic device including the laser oscillator, an optical coherence tomography device, an asynchronous optical sampling device, a long-range absolute distance measuring device, and a CW laser high-speed high-resolution spectroscopic device.
  • a laser oscillator that can reduce the size of the apparatus
  • a spectroscopic device including the laser oscillator, an optical coherence tomography device, an asynchronous optical sampling device, a long-range absolute distance measuring device, and a CW laser high-speed high-resolution spectroscopic device.
  • the laser oscillator according to the present invention includes a first mirror, a second mirror disposed opposite to the first mirror, and a nonlinear crystal disposed between the first mirror and the second mirror, and is guided by an excitation light source.
  • a spectroscopic device comprises: the laser oscillator according to any one of claims 1 to 8; and a photopolymerization unit that superimposes the first pulse laser and the second pulse laser emitted from the laser oscillator; An interference wave detection unit that detects an interference wave obtained by superimposing the first pulse laser and the second pulse laser by the photopolymerization unit; and a Fourier transform unit that Fourier-transforms the detected interference wave. To do.
  • An optical coherence tomography apparatus includes the laser oscillator according to any one of claims 1 to 8.
  • An asynchronous optical sampling apparatus includes the laser oscillator according to any one of claims 1 to 8.
  • a long-distance absolute distance measuring apparatus includes the laser oscillator according to any one of claims 1 to 8.
  • a CW laser high-speed high-resolution spectroscopic device of the present invention includes the laser oscillator according to any one of claims 1 to 8.
  • the laser oscillator of the present invention can oscillate pulse lasers with different repetition frequencies, and requires lasers with two different frequencies such as a dual comb spectrometer. By using it for a simple device, the device can be miniaturized.
  • the spectroscopic device of the present invention includes the laser oscillator according to any one of claims 1 to 8, it can be miniaturized.
  • optical coherence tomography apparatus of the present invention includes the laser oscillator according to any one of claims 1 to 8, it can be miniaturized.
  • the asynchronous optical sampling device of the present invention includes the laser oscillator according to any one of claims 1 to 8, it can be miniaturized.
  • the long-range absolute distance measuring device of the present invention includes the laser oscillator according to any one of claims 1 to 8, it can be miniaturized.
  • the CW laser high-speed and high-resolution spectroscopic device of the present invention includes the laser oscillator according to any one of claims 1 to 8, and thus can be miniaturized.
  • FIG. 5A is a graph showing temporal changes in the repetition frequency of two pulse lasers emitted from the laser oscillator of the embodiment
  • FIG. 5B is a graph showing the difference in repetition frequency between the two pulse lasers emitted from the laser oscillator of the embodiment. It is a graph which shows a time-dependent change.
  • FIG. 6A is a graph showing the change over time of the repetition frequency of two pulse lasers emitted from the laser oscillator according to the embodiment with the box covered, and FIG. 6B is emitted from the laser oscillator according to the embodiment with the box covered. It is a graph which shows a time-dependent change of the difference of the repetition frequency in two pulsed lasers.
  • FIG. 7A is a schematic diagram showing the moving direction of the gain medium, and FIG. 7B is a graph showing the relationship between the distance from the initial position of the gain medium and the difference between the repetition frequencies of the two pulse lasers of the laser oscillator of the embodiment. is there.
  • FIG. 8A is a schematic diagram showing the moving direction of the second mirror, and FIG.
  • FIG. 8B shows the relationship between the distance from the initial position of the second mirror and the difference between the repetition frequencies of the two pulse lasers of the laser oscillator of the embodiment. It is a graph.
  • FIG. 9A is a schematic diagram showing the moving direction of the lens
  • FIG. 9B is a graph showing the relationship between the distance from the initial position of the lens and the difference between the repetition frequencies of the two pulse lasers of the laser oscillator of the embodiment. It is a graph showing the spectrum of the spectrum measured with the spectroscopic device of the embodiment and the spectrum of the pulse laser of the laser oscillator of the embodiment.
  • a laser oscillator 1 includes a first mirror 2, a second mirror 3 disposed opposite to the first mirror 2, and a first mirror.
  • the gain medium 4 that is disposed between the second mirror 3 and the second mirror 3 and can generate a Kerr lens effect (optical Kerr effect) as a nonlinear crystal, and the first mirror 2 and the second mirror 3 that are adjacent to each other are disposed opposite to each other.
  • 3 mirror 5, and output coupler 6 disposed so as to face second mirror 3 and adjacent first mirror 2.
  • the first mirror 2 and the second mirror 3 are arranged so that the focal point of the first mirror 2 and the focal point of the second mirror 3 overlap each other.
  • the first mirror 2 and the second mirror 3 are concave mirrors having a reflectivity of 99.9% and a radius of curvature of 30 mm
  • the gain medium 4 is a titanium sapphire crystal (Ti: Al 2 O) in which sapphire is doped with titanium.
  • the third mirror 5 is a convex mirror having a reflectivity of 99.8% and a radius of curvature of 1000 mm
  • the output coupler 6 is a plane mirror having a reflectivity of 99.0% and can transmit 1% of light.
  • the first mirror 2, the second mirror 3, and the third mirror 5 are chirp mirrors.
  • the group velocity dispersion of the light 11 that circulates around the circular optical path 9 is compensated.
  • a normal mirror can be used instead of the chirp mirror.
  • the group velocity dispersion is compensated by arranging a prism pair on the light path.
  • each mirror is not particularly limited as long as the circulating optical path 9 described below can be formed.
  • the gain medium 4 Yb: YAG, Yb: KYW, Yb: KY (WO 4) 2, Yb: YVO 4, Yb: Sc 2 O 3, Nd: YAG, Cr: YAG, Cr: forsterite, Cr : LiSGaF, Cr: LiSAF, Cr: LiCAF, Cr: ZnS, Cr: ZnSe, Pr: YLF, Yb: Y 2 O 3 , Yb: Lu 2 O 3 and the like can be used.
  • the laser oscillator 1 further includes an excitation light source 7 and a lens 8.
  • the excitation light source 7 is disposed so as to face the gain medium 4 with the first mirror 2 interposed therebetween, and irradiates the gain medium 4 with the excitation light 10.
  • the excitation light 10 is applied to the gain medium 4, the gain medium 4 is excited and light 11 is stimulated and emitted from the gain medium.
  • the excitation light source 7 is appropriately selected according to the type of the gain medium 4.
  • the second harmonic (wavelength 532 nm) of an Nd: YVO 4 laser is used as the excitation light source 7.
  • a laser diode such as a Nd: YAG laser, Nd: YLF laser, Nd: YVO4 laser, AlInGaN or the like, a second harmonic of a Yb fiber laser, a light excitation semiconductor laser, or the like may be used.
  • the lens 8 is disposed between the excitation light source 7 and the first mirror 2, condenses the excitation light 10, and irradiates the gain medium 4 with the condensed excitation light 10.
  • the lens 8 is disposed so that the focal point is located in the gain medium 4.
  • the lens 8 is a convex lens having a focal length of 40 mm.
  • the first mirror 2, the second mirror 3, the third mirror 5, and the output coupler 6 are configured such that the light 11 stimulated and emitted from the gain medium 4 is the gain medium 4, the second mirror 3, the third mirror 5, and the output coupler. 6, the first mirror 2 and the gain medium 4 are arranged with their orientation and position adjusted so that they can circulate in the first direction (the direction of the arrow B shown in FIG. 1) in the order of the ring-shaped circular optical path 9 Is forming.
  • the light 11 stimulated and emitted from the gain medium 4 is in the order of the gain medium 4, the first mirror 2, the output coupler 6, the third mirror 5, the second mirror 3, and the gain medium 4, which are reverse to the first direction.
  • the circulating optical path 9 can also circulate in the second direction (the direction of arrow A shown in FIG. 1). In this way, the stimulated light 11 circulates around the circulating optical path 9 in two directions, the first direction and the second direction.
  • the optical path length of the circulating optical path 9 is set to about 30 cm so that the repetition frequency of the pulse laser oscillated by the laser oscillator 1 is about 1 GHz.
  • the optical path length of the circulating optical path 9 can be appropriately changed according to the repetition frequency to be obtained.
  • the light 11 that circulates in the circular optical path 9 is mode-locked.
  • the light 11, which is circulated in the first optical path 9 in the first direction and mode-locked, is emitted from the output coupler 6 as a first pulse laser (Output B shown in FIG. 1), and circulated in the second optical path 9 in the second direction.
  • the locked light 11 is emitted from the output coupler 6 as a second pulse laser (Output A shown in FIG. 1).
  • the laser oscillator 1 emits two pulse lasers.
  • the gain medium 4 has a parallelogram shape with a bottom surface of 2.3 mm ⁇ 5.0 mm and a prismatic shape with a height of 3.0 mm.
  • the gain medium 4 is arranged so that the light 11 that circulates in the first direction along the circular optical path 9 and the light 11 that circulates in the second direction on the circular optical path 9 can enter at an angle close to the Brewster angle.
  • the gain medium 4 is arranged so that the center of the gain medium 4 is at a position different from the focal point of the first mirror 2 and the focal point of the second mirror 3.
  • the first mirror 2 and the second mirror 3 have the same radius of curvature, so the focal point of the first mirror 2 and the focal point of the second mirror 3 are the centers between the first mirror 2 and the second mirror 3.
  • the gain medium 4 is arranged so that the center of the gain medium 4 is at a position different from the center between the first mirror 2 and the second mirror 3.
  • the center between the first mirror 2 and the second mirror 3 refers to the midpoint of the light path between the first mirror 2 and the second mirror 3
  • the center of the gain medium 4 refers to the inside of the gain medium 4. Says the midpoint of the light path. Arrangement at different positions means that the center of the gain medium 4 is shifted in the first mirror 2 direction or the second mirror 3 direction from the center between the first mirror 2 and the second mirror 3.
  • the center of the gain medium 4 is at a position different from the center between the first mirror 2 and the second mirror 3, the light 11 that strikes the gain medium 4 circulates in the first direction. And the light 11 that circulates in the second direction. Since the way in which the light 11 strikes the gain medium 4 is different, the optical path length in the gain medium 4 is different between the case where the light 11 passes through the gain medium 4 in the first direction and the case where the light 11 passes through the second direction. Different.
  • the optical path length in the gain medium 4 differs depending on the circulation direction, the optical path length of the circulation optical path 9 when the light 11 circulates in the first direction and the optical path length of the circulation optical path 9 when the light 11 circulates in the second direction. Will also be different.
  • the laser oscillator 1 emits a first pulse laser and a second pulse laser having a repetition frequency different from that of the first pulse laser.
  • the gain medium 4 is arranged so that the center is located closer to the second mirror 3 than the center between the first mirror 2 and the second mirror 3. Therefore, the light 11 that circulates around the circulating optical path 9 in the first direction (the direction of arrow B in FIG. 1) and the light 11 that circulates around the circulating optical path 9 in the second direction (the direction of arrow A in FIG. 1).
  • the optical path length in the gain medium 4 is different.
  • the optical path length of the circular optical path 9 is shorter in the second direction, and the second pulse laser (Output A in FIG. 1) has a higher repetition frequency than the first pulse laser (Output B in FIG. 1). high.
  • the fact that the center of the gain medium 4 is at a position different from the center between the first mirror 2 and the second mirror 3 is that the photograph of the laser oscillator 1 is taken from directly above, and the distance is measured from the obtained photographed image. This can be confirmed.
  • the laser oscillator 1 includes a frequency difference adjusting unit 13 that adjusts a difference in repetition frequency between the first pulse laser and the second pulse laser.
  • the frequency difference adjustment unit 13 holds the gain medium 4 as a nonlinear crystal, and moves the frequency difference adjustment unit 13 with an actuator or the like (not shown) provided in the frequency difference adjustment unit 13.
  • the gain medium 4 held is manufactured so as to be movable.
  • the frequency difference adjustment unit 13 is not particularly limited as long as the gain medium 4 can be moved.
  • the frequency difference adjustment unit 13 may be manufactured as a pedestal on which the gain medium 4 is placed.
  • the frequency difference adjustment unit 13 moves the gain medium 4 between the first mirror 2 and the second mirror 3 by moving the gain medium 4 in the first direction or the second direction along the circular optical path 9 between the first mirror 2 and the second mirror 3.
  • the light 11 the focal point of the first mirror 2 and the focal point of the second mirror 3
  • the center of the gain medium 4 are adjusted, and the light 11 that circulates in the first direction is adjusted by adjusting how the light 11 strikes the gain medium 4
  • the difference between the repetition frequency of the first pulse laser and the repetition frequency of the second pulse laser can be adjusted.
  • the difference in repetition frequency between the eleventh pulse laser and the second pulse laser can be easily adjusted.
  • the frequency difference adjusting unit 13 adjusts so that the difference in repetition frequency between the first pulse laser and the second pulse laser is greater than 0 kHz and not greater than 10 kHz.
  • the difference in repetition frequency between the first pulse laser and the second pulse laser is greater than 0 kHz and less than or equal to 10 kHz, the laser oscillator 1 can be measured more reliably when used in a dual comb spectrometer.
  • the laser oscillator 1 of the present embodiment includes the first mirror 2, the second mirror 3 disposed opposite to the first mirror 2, the first mirror 2, and the second mirror 3.
  • the gain medium 4 arranged between them and capable of producing the Kerr lens effect as a nonlinear crystal, the third mirror 5, and the output coupler 6 capable of emitting a laser are included.
  • the light 11 irradiated with the excitation light 10 from the excitation light source 7 and stimulatedly emitted by the excitation light source 7 is converted into the first mirror 2, the gain medium 4, the second mirror 3, and the third mirror. 5, output coupler 6, first direction of first mirror 2 and second mirror 3, gain medium 4, first mirror 2, output coupler 6, third mirror 5, second mirror 3 It was comprised so that the surrounding optical path 9 which can be circulated in two directions was provided.
  • the laser oscillator 1 is arranged at a position where the center of the gain medium 4 is different from the center between the first mirror 2 and the second mirror 3 (different from the focal point of the first mirror 2 and the focal point of the second mirror 3).
  • a second pulse laser that is mode-locked around the optical path 9 and has a repetition frequency different from that of the first pulse laser is emitted from the output coupler 6.
  • the optical path length in the gain medium 4 is different between the first direction and the second direction, the optical path length of the circulating optical path 9 is mode-locked when the light 11 circulates in the first direction. Unlike the case where the light 11 circulates in two directions and is mode-locked, two pulse lasers having different repetition frequencies can be oscillated.
  • the laser oscillator 1 can oscillate two pulse lasers having the same spectrum but different repetition frequencies. And can be used in a dual comb spectrometer.
  • the laser oscillator 1 is used in an apparatus that requires two different repetition frequency lasers, such as a dual comb spectrometer, the laser oscillator and the repetition frequency stabilization mechanism can be omitted, and the apparatus can be downsized.
  • the laser oscillator 1 adjusts the deviation between the center between the first mirror 2 and the second mirror 3 and the center of the gain medium 4 by moving the position of the gain medium 4, and the repetition frequency of the first pulse laser and the first frequency are changed.
  • a frequency difference adjustment unit that adjusts the difference between the repetition frequencies of the two-pulse lasers, the difference between the repetition frequencies of the first pulse laser and the second pulse laser can be easily adjusted.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
  • the laser oscillator shown in FIG. 21, the nonlinear crystal 24 is further arranged in the laser oscillator 21 in addition to the gain medium 34, and the gain medium 34 is irradiated with the excitation light 30 and the light 31 stimulated and emitted from the gain medium 34 is obtained by the gain medium 34.
  • It may be configured to oscillate two pulse lasers having different repetitive frequencies by mode-locking and disposing the center of the nonlinear crystal 24 with the focus of the first mirror 22 and the focus of the second mirror 23.
  • the laser oscillator 21 causes the nonlinear crystal 24 to generate a difference between the repetition frequencies of the two pulse lasers. Good conditions for mode locking can be maintained, and a stable mode locking state can be realized.
  • the laser oscillator 21 includes the gain medium 34 and the nonlinear crystal 24, the nonlinear crystal 24 that produces a nonlinear effect larger than that of the gain medium 4 of the above embodiment can be used. can do.
  • the laser oscillator 21 includes a fourth mirror 32, a fifth mirror 35 disposed opposite to the fourth mirror 32, a gain medium 34 disposed between the fourth mirror 32 and the fifth mirror 35, and a fourth mirror 32.
  • the third mirror 25 arranged to face the adjacent fifth mirror 35, the output coupler 26 arranged to face the fifth mirror 35 and the adjacent fourth mirror 32, and the third mirror 25 adjacent to each other.
  • the second mirror 23 disposed so as to face the output coupler 26 and the first mirror 22 disposed so as to face the third mirror 25 and the second mirror 23 adjacent to the output coupler 26 are disposed to face each other.
  • the 1st mirror 22 and the 2nd mirror 23 are arrange
  • the gain medium 34, the third mirror 25, and the output coupler 26 have the same configuration as the gain medium 4, the third mirror 5, and the output coupler 6 of the above embodiment, and the first mirror 22,
  • the 2 mirror 23, the 4th mirror 32, and the 5th mirror 35 are the structures similar to the 1st mirror 2 of the said embodiment.
  • the nonlinear crystal 24 is made of quartz, and various types of glass or ZnS can be used in addition to quartz.
  • the laser oscillator 21 further includes an excitation light source 27 and a lens 28.
  • the excitation light source 27 is disposed so as to face the gain medium 34 with the first mirror 32 interposed therebetween, and irradiates the gain medium 34 with the excitation light 30.
  • the lens 28 is the same lens as the lens 8, condenses the excitation light 30 and irradiates the gain medium 34.
  • the excitation light 30 emitted from the excitation light source 27 is collected by the lens 28, passes through the fourth mirror 32, and is applied to the gain medium 34.
  • the gain medium 34 is excited by the excitation light source and stimulates and emits the light 31.
  • the laser oscillator 21 includes a fifth mirror 35, a third mirror 25, a first mirror 22, a nonlinear crystal 24, a second mirror 23, an output coupler 26, a fourth mirror 32, and the light 31 stimulated and emitted from the gain medium 34.
  • the positions and orientations of these mirrors and the like are adjusted so that the gain medium 34 can circulate in the first direction in the order (the direction of arrow B in FIG. 2), and the circular optical path 29 is formed.
  • the fourth mirror 32, the output coupler 26, the second mirror 23, the nonlinear crystal 24, the first mirror 22, the third mirror 25, and the fifth mirror 35 are arranged so that the light 31 is in the direction opposite to the first direction.
  • the gain medium 34 can also circulate in the second direction in the order (the direction of arrow A in FIG. 2).
  • Other configurations are the same as those of the laser oscillator 1.
  • the gain medium 34 mode-locks the light 31 that circulates around the circulating optical path 29.
  • the center of the gain medium 34 is arranged so as to overlap the center between the fourth mirror 32 and the fifth mirror 35, but the center of the gain medium 34 is between the fourth mirror 32 and the fifth mirror 35. You may arrange
  • the fourth mirror 32 and the fifth mirror 35 the same lens may be used, or lenses having different curvature radii may be used.
  • the nonlinear crystal 24 is arranged so that the center of the nonlinear crystal 24 is shifted from the focal point of the first mirror 22 and the focal point of the second mirror 23.
  • the center of the nonlinear crystal 24 is the center between the first mirror 22 and the second mirror 23 (definition of the center of the nonlinear crystal 24). Is the same as that of the central embodiment of the gain medium 4, and the definition of the center between the first mirror 22 and the second mirror 23 is the same as the center between the first mirror 2 and the second mirror 3.
  • the way the light strikes the nonlinear crystal 24 is different between the first direction and the second direction, and the optical path length in the nonlinear crystal 24 is different between the first direction and the second direction.
  • the optical path length of 29 is different between the case where the light 31 circulates in the first direction and the case where the light 31 circulates in the second direction, and two pulse lasers having different repetition frequencies can be emitted.
  • the nonlinear crystal 24 is formed in the same shape as the gain medium 34, but the shape thereof is not particularly limited, and may be, for example, a plate shape.
  • nonlinear crystal 24 is arranged so that the light 31 that circulates in the first direction around the circular optical path 29 and the light 31 that circulates in the second direction along the circular optical path 29 can be incident at an angle close to the Brewster angle.
  • the laser oscillator 21 may further have a plurality of nonlinear crystals.
  • the laser oscillator 21 of the present modification may include a frequency difference adjustment unit that holds the nonlinear crystal 24 and moves the position of the nonlinear crystal 24, and the frequency difference adjustment unit may adjust the frequency difference repeatedly.
  • the said embodiment demonstrated the case where the curvature radius of the 1st mirror 2 and the 2nd mirror 3 was equal
  • the said modification demonstrated the case where the curvature radius of the 1st mirror 22 and the 2nd mirror 23 was equal
  • the invention is not limited to this, and the first mirror 2 (22) and the second mirror 3 (23) may have different radii of curvature.
  • the first mirror 2 (22) and the second mirror 3 (23) are arranged so that the focal point of the first mirror 2 (22) and the focal point of the second mirror 3 (23) overlap, and the gain medium 4
  • the (nonlinear crystal 24) is arranged such that the center of the gain medium 4 (nonlinear crystal 24) is different from the focal point of the first mirror 2 (22) and the focal point of the second mirror 3 (23).
  • the laser oscillator 1 (21) is different in how the light 11 (31) strikes the gain medium 4 (nonlinear crystal 24) in the first direction and the second direction, and the gain medium 4 (nonlinear crystal 24). Since the optical path lengths are different, two pulse lasers having different repetition frequencies can be emitted.
  • the frequency difference adjusting unit 13 holds the gain medium 4 and moves the position of the gain medium 4, so that the focal point of the first mirror 2 and the focal point of the second mirror 3 (first mirror 2 and The center of the second mirror 3) and the center of the gain medium 4 are adjusted to adjust the difference in repetition frequency between the first pulse laser and the second pulse laser, but the present invention is not limited to this. Absent.
  • the frequency difference adjusting unit 13 holds the first mirror 2 or the second mirror 3 and positions the first mirror 2 or the second mirror 3 along the circulating optical path 9 between the first mirror 2 and the second mirror 3. To adjust the difference between the center of the gain medium 4 and the focal point of the first mirror 2 and the focal point of the second mirror 3 to adjust the difference in repetition frequency.
  • the frequency difference adjustment unit 13 holds the lens 8 and moves the lens 8 along the excitation light 10 so that the focal point of the lens 8 is set at a position different from the center of the gain medium 4. May be adjusted.
  • the focal position of the lens 8 is shifted from the center of the gain medium 4
  • the overlap of the light 11 stimulated and emitted by the gain medium 4 and the excitation light 10 in the gain medium 4 is in the first direction and the first direction. It becomes different in two directions.
  • the mode 11 of the light 11 is different in the first direction and the second direction, and the way the light hits the gain medium 4 is different in the first direction and the second direction.
  • the frequency difference adjustment unit 13 can adjust the difference in the repetition frequency by moving the lens 8.
  • the frequency difference adjusting unit 13 may adjust the frequency difference repeatedly by moving at least two of the first mirror 2, the second mirror 3, the gain medium 4, and the lens 8.
  • the frequency difference adjusting unit 13 is configured by a driving mechanism such as an actuator that holds the first mirror 2, the second mirror 3, the gain medium 4, and the lens 8 and can move them separately.
  • the first pulse laser and the second pulse laser emitted from the laser oscillator 1 of the present embodiment are ultrashort pulse lasers of about 1 GHz.
  • Ultrashort pulse lasers generally have a discrete spectral structure, so-called optical frequency comb, in which longitudinal modes are arranged at repetition frequency intervals.
  • the laser oscillator 1 can oscillate two pulse lasers having the same spectrum but different repetition frequencies. Therefore, the laser oscillator 1 can be used as a laser light source of a dual comb spectrometer.
  • the dual comb spectroscopic device 40 as a spectroscopic device using the laser oscillator 1 of the present embodiment includes a laser oscillator 1 and a first pulse laser emitted from the laser oscillator 1 (Output B shown in FIG. 3). ) And the second pulse laser (Output A shown in FIG. 3) are overlapped and interfered with each other, an interference wave detection unit 43 for detecting the interference wave of the first pulse laser and the second pulse laser, and detection A Fourier transform unit 44 for Fourier transforming the interference wave is provided.
  • the photopolymerization unit 41 includes a beam splitter 41a and a mirror 41b.
  • the beam splitter 41a is disposed on the light beam of the second pulse laser.
  • the mirror 41b is disposed on the light beam of the first pulse laser, reflects the first pulse laser, and enters the beam splitter 41a.
  • the directions of the beam splitter 41a and the mirror 41b are adjusted so that the first pulse laser and the second pulse laser interfere with each other.
  • a plate-type beam splitter (manufactured by THORLABS, model number: BSW11) is used as the beam splitter 41a, and a plane mirror is used as the mirror 41b.
  • the configuration of the photopolymerization unit 41 is not particularly limited as long as the first pulse laser and the second pulse laser can interfere with each other.
  • the interference wave detection unit 43 is disposed on the interference wave of the first pulse laser and the second pulse laser emitted from the photopolymerization unit 41, detects the interference wave, and converts it into an electrical signal.
  • a Si high-speed PIN (RF) amplification photodetector FPD310-FV manufactured by MenloSystems
  • FPD310-FV Si high-speed PIN (RF) amplification photodetector
  • the Fourier transform unit 44 receives the electrical signal of the interference wave transmitted from the interference wave detection unit 43, and Fourier transforms the interference wave converted to the electrical signal.
  • the Fourier transform unit 44 includes a low-pass filter 44a and a digitizer 44b.
  • the low pass filter 44a removes high frequency components such as noise included in the electric signal of the interference wave.
  • the digitizer 44b converts the electrical signal of the interference wave that has passed through the low-pass filter 44a into a digital signal.
  • the Fourier transform unit 44 includes a computation unit (not shown), processes a digital signal by the computation unit, and Fourier transforms the interference wave.
  • BLP-550 + manufactured by Mini-Circuits is used as the low-pass filter 44a
  • ATS9440 manufactured by Alazar Tech is used as the digitizer 44b
  • a PC personal computer
  • the electrical signal of the interference wave is digitized by the digitizer 44b and stored as data in a storage device of the PC. Thereafter, the interference wave data stored in the storage device of the PC is processed by the PC, and the interference wave is Fourier transformed. The spectrum data of the interference wave obtained by the Fourier transform is stored in the storage device of the PC.
  • the Fourier transform unit 44 is not particularly limited as long as it can Fourier transform the interference wave, and may perform Fourier transform by calculation using a PC or the like as in the present embodiment, or a dedicated hardware such as a Fourier transform processing circuit.
  • the Fourier transform may be performed using wear.
  • the Fourier transform unit 44 may include a display unit (in the case of the present embodiment, a PC monitor (not shown)) that displays spectral spectrum data, and may display the spectral spectrum on the display unit. Furthermore, the Fourier transform unit 44 may include a transmission unit that transmits spectral spectrum data to another device.
  • a display unit in the case of the present embodiment, a PC monitor (not shown)
  • the Fourier transform unit 44 may include a transmission unit that transmits spectral spectrum data to another device.
  • a test object to be measured is disposed between the output coupler 6 of the laser oscillator 1 and the mirror 41b, and the first pulse laser is irradiated onto the test object.
  • the frequency characteristics of the first pulse laser change in accordance with the light absorption characteristics of the test object in the process of passing through the test object.
  • the frequency characteristic of the interference wave between the first pulse laser and the second pulse laser that has passed through the test object also changes according to the light absorption characteristic of the test object.
  • the light absorption characteristics of the test object can be analyzed.
  • test object Even if the test object is disposed between the output coupler 6 and the beam splitter 41a and the test object is irradiated with the second pulse laser, the test object is detected by the beam splitter 41a and the interference wave detector 43. Even if it is arranged in between and the interference wave is irradiated to the test object, a spectrum corresponding to the light absorption characteristic of the test object can be obtained, and the light absorption characteristic of the test object can be analyzed.
  • a conventional dual-comb spectrometer has had to prepare two laser oscillators and a repetition frequency stabilization mechanism. However, by using the laser oscillator 1, one laser oscillator and the repetition frequency stabilization mechanism can be eliminated. The device can be simplified and miniaturized.
  • the laser oscillator 1 of the present embodiment has the characteristics as described above. Therefore, it is necessary to use two pulse lasers having different repetition frequencies, for example, Non-Patent Document 2.
  • Optical coherence tomography device described, asynchronous optical sampling device described in Non-Patent Document 3, long-range absolute distance measuring device described in Non-Patent Document 4, CW described in Non-Patent Document 5 It can also be used for a laser high-speed and high-resolution spectroscope.
  • the laser oscillator 1 can be simplified and miniaturized by using it in an apparatus that needs to use two pulse lasers having different repetition frequencies.
  • the horizontal axis represents the wavelength of each pulse laser, and the vertical axis represents the intensity (arbitrary unit) of each wavelength of each pulse laser.
  • Output A and Output B in FIG. 4 correspond to Output A and Output B in FIG. 1, respectively.
  • the solid line in FIG. 4 is the spectrum of the second pulse laser, and the broken line is the spectrum of the first pulse laser.
  • the spectrum of the first pulse laser and the spectrum of the second laser are almost the same, and it can be seen that the laser oscillator 1 can oscillate a laser having a similar spectrum.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the repetition frequency
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the difference in repetition frequency
  • the time-dependent change in the difference in repetition frequency between the second pulse laser and the first pulse laser is represented.
  • Output A and Output B in FIG. 5 are the same as those in FIG.
  • the repetition frequency of the first pulse laser is different from the repetition frequency of the second pulse laser.
  • the difference between the repetition frequencies of the first pulse laser and the second pulse laser is stable at about 455 Hz ⁇ 3 Hz.
  • the laser oscillator 1 can oscillate two pulse lasers having different repetition frequencies.
  • the laser oscillator 1 was covered with a rectangular parallelepiped box formed of aluminum having a thickness of about 5 mm, and the frequency was measured in the same manner. The result is shown in FIG. In FIG. 6, the repetition frequency monotonously decreases with respect to time for both the first pulse laser and the second pulse laser because the room temperature changed during the measurement.
  • the horizontal axis of FIG. 6 is time, and the vertical axis is the repetition frequency.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the repetition frequency
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the difference in repetition frequency
  • the time-dependent change in the difference in repetition frequency between the second pulse laser and the first pulse laser is represented.
  • the repetition frequencies of the first pulse laser and the second pulse laser are different.
  • the difference of the repetition frequency of a 1st pulse laser and a 2nd pulse laser is very stable with about 216.55 +/- 0.15Hz.
  • the difference in the number of repetitions can be further stabilized by covering the laser oscillator 1 with a box. Therefore, by covering the laser oscillator 1 with a box, the difference in repetition frequency can be stabilized, and the laser oscillator 1 can be measured with higher accuracy by using, for example, a dual-comb spectrometer.
  • FIG. 7A shows the same components as those in FIG. 1
  • the gain medium 4 is moved in the direction of the second mirror 3 (the direction of the arrow X crystal shown in FIG. 7A).
  • the position of the center 4a was shifted from the center between the first mirror 2 and the second mirror 3, and the relationship between the position of the gain medium 4 and the difference between the repetition frequencies of the two pulse lasers was examined.
  • FIG. 7B shows the result.
  • the vertical axis represents the difference between the repetition frequencies of the two pulse lasers.
  • the state where the center 4a of the gain medium 4 and the center between the first mirror 2 and the second mirror 3 are shifted is set as the initial position. For this reason, even when placed at the initial position, the difference in repetition frequency is about 210 Hz.
  • the difference in the repetition frequency of the pulse laser changes by moving the gain medium 4.
  • the laser oscillator 1 moves the gain medium 4 in the first direction or the second direction along the circular optical path 9 between the first mirror 2 and the second mirror 3 by the frequency difference adjusting unit 13, thereby It can be seen that the difference in repetition frequency between the pulse laser and the second pulse laser can be adjusted.
  • FIG. 8A shows the same components as those in FIG. 1
  • the second mirror 3 is moved in the direction opposite to the gain medium 4 by the frequency difference adjusting unit 13 (the arrow X mirror shown in FIG.
  • the position of the center 3a between the first mirror 2 and the second mirror 3 is shifted from the center of the gain medium 4, and the relationship between the position of the second mirror 3 and the repetition frequency difference between the two pulse lasers is examined. It was.
  • FIG. 8B shows the result.
  • the vertical axis represents the difference between the repetition frequencies of the two pulse lasers.
  • the laser oscillator 1 moves the second mirror 3 along the circular optical path 9 between the first mirror 2 and the second mirror 3 by the frequency difference adjusting unit 13, so that the first pulse laser and the second pulse laser are moved. It can be seen that the difference in the repetition frequency can be adjusted.
  • the lens 8 is moved from the initial position toward the second mirror by the frequency difference adjusting unit 13, and then the lens 8 is moved to the first.
  • the lens 8 is moved in the opposite direction (the direction of the arrow X lens shown in FIG. 9A), the position of the focal point 8a of the lens 8 is shifted from the center of the gain medium 4, and the position of the lens 8 and the repetition frequency of the two pulse lasers.
  • FIG. 9B shows the result.
  • 9B represents the distance from the initial position of the lens 8, and the vertical axis represents the difference between the repetition frequencies of the two pulse lasers.
  • the laser oscillator 1 can adjust the difference between the repetition frequencies of the first pulse laser and the second pulse laser by moving the lens 8 along the excitation light 10 by the frequency difference adjusting unit 13.
  • FT shown in FIG. 10 is a spectrum measured by the dual comb spectrometer 40, and Spectrometer is the square root of the product of the spectrum of the first pulse laser of the laser oscillator 1 and the spectrum of the second laser. As shown in FIG. 10, both spectra are almost the same.
  • the spectrum is considered to be the same as the spectrum of the pulse laser emitted from the laser oscillator 1.

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Abstract

第１ミラー（２）と、第１ミラー（２）と対向配置された第２ミラー（３）と、第１ミラー（２）及び第２ミラー（３）間に配置された非線形結晶としてのカーレンズ効果を生じ得る利得媒体（４）とを含み、励起光源（７）によって誘導放出された光（１１）が、第１ミラー（２）、利得媒体（４）、第２ミラー（３）の順の第１方向及び前第２ミラー（３）、利得媒体（４）、第１ミラー（２）の順の第２方向に周回する周回光路（９）を備え、利得媒体（４）内の光路長が第１方向と第２方向とで異なり、光（１１）が第１方向に周回光路（９）を周回してモードロックされた第１パルスレーザーと、光（１１）が第２方向に周回光路（９）を周回してモードロックされ、繰り返し周波数が第１パルスレーザーと異なる第２パルスレーザーとを出射するので、繰り返いし周波数が異なるパルスレーザーを発振でき、デュアルコム分光装置などの２つの異なる周波数のレーザーが必要な装置に用いることで、装置を小型化できる。

Description

レーザー発振器及びレーザー発振器を備えた分光装置、光コヒーレンストモグラフィ装置、非同期光サンプリング装置、長距離絶対距離計測装置、ＣＷレーザー高速高分解能分光装置
　本発明は、レーザー発振器及びレーザー発振器を備えた分光装置、光コヒーレンストモグラフィ装置、非同期光サンプリング装置、長距離絶対距離計測装置、ＣＷレーザー高速高分解能分光装置に関する。
　分子振動スペクトルを測定するために、マイケルソン干渉計を用いたフーリエ分光法（ＦＴ－ＩＲともいう。）が広く用いられている。フーリエ分光法では、測定時にミラーを機械的に移動させる必要がある。そのためフーリエ分光法では、ミラーの移動速度が測定速度を向上するうえでボトルネックとなり、測定速度を向上し難い。
　そこで、フーリエ分光法より高い分解能でかつ短時間で分光スペクトルを取得できるデュアルコム分光法が注目されている（非特許文献１参照）。
　デュアルコム分光法は、繰り返し周波数が異なる２つの超短パルスレーザーを重ね合わせて被検物に照射し、被検物を透過した光を検出し、検出した透過光をフーリエ変換して分光スペクトルを得る。このようにデュアルコム分光法では、ミラーを機械的に移動させることがなく、被検物を透過した光を検出してフーリエ変換すればよいので、より短時間で測定できる。
A. Schliesseret al., Optics Express 13, 9029 (2005) S.-J. Lee et al., Japanese Journal of Applied Physics. 40, L878-L880 (2001) A. Bartels et al., Review of Scientific Instruments 78, 035107 (2007) I. Coddington et al., Nature Photonics 3, 351-356 (2009) F. R. Giorgettaet al., Nature Photonics 4, 853-857 (2010)
　しかしながら、デュアルコム分光法のように異なる周波数のレーザーを用いる測定方法では、２台のレーザー発振器と繰り返し周波数安定化機構とを用意する必要があり、装置を小型化することが難しかった。
　そこで、本発明は、装置を小型化できるレーザー発振器及びレーザー発振器を備えた分光装置、光コヒーレンストモグラフィ装置、非同期光サンプリング装置、長距離絶対距離計測装置、ＣＷレーザー高速高分解能分光装置を提供することを目的とする。
　本発明のレーザー発振器は、第１ミラーと、前記第１ミラーと対向配置された第２ミラーと、前記第１ミラー及び前記第２ミラー間に配置された非線形結晶とを含み、励起光源によって誘導放出された光が、前記第１ミラー、前記非線形結晶、前記第２ミラーの順の第１方向及び前記第２ミラー、前記非線形結晶、前記第１ミラーの順の第２方向に周回する周回光路を備え、前記非線形結晶内の光路長が前記第１方向と前記第２方向とで異なり、前記光が前記第１方向に前記周回光路を周回してモードロックされた第１パルスレーザーと、前記光が前記第２方向に前記周回光路を周回してモードロックされ、繰り返し周波数が前記第１パルスレーザーと異なる第２パルスレーザーとを出射することを特徴とする。
　本発明の分光装置は、請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器と、前記レーザー発振器から出射された前記第１パルスレーザー及び前記第２パルスレーザーを重ね合わせる光重合手段と、前記第１パルスレーザー及び前記第２パルスレーザーを前記光重合手段によって重ね合わせた干渉波を検出する干渉波検出手段と、検出した前記干渉波をフーリエ変換するフーリエ変換手段とを備えることを特徴とする。
　本発明の光コヒーレンストモグラフィ装置は、請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えることを特徴とする。
　本発明の非同期光サンプリング装置は、請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えることを特徴とする。
　本発明の長距離絶対距離計測装置は、請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えることを特徴とする。
　本発明のＣＷレーザー高速高分解能分光装置は、請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えることを特徴とする。
　本発明のレーザー発振器は、非線形結晶内の光路長が第１方向と第２方向とで異なるので、繰り返し周波数が異なるパルスレーザーを発振でき、デュアルコム分光装置などの２つの異なる周波数のレーザーが必要な装置に用いることで、装置を小型化できる。
　本発明の分光装置は、請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えるので、小型化できる。
　本発明の光コヒーレンストモグラフィ装置は、請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えるので、小型化できる。
　本発明の非同期光サンプリング装置は、請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えるので、小型化できる。
　本発明の長距離絶対距離計測装置は、請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えるので、小型化できる。
　本発明のＣＷレーザー高速高分解能分光装置は、請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えるので、小型化できる。
実施形態のレーザー発振器の全体構成を示す概略図である。 変形例のレーザー発振器の全体構成を示す概略図である。 実施形態の分光装置の全体構成を示す概略図である。 実施形態のレーザー発振器のから出射された２つのパルスレーザーのスペクトルである。 図５Ａは実施形態のレーザー発振器から出射された２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の経時変化を示すグラフであり、図５Ｂは実施形態のレーザー発振器から出射された２つのパルスレーザーにおける繰り返し周波数の差の経時変化を示すグラフである。 図６Ａは箱を被せた状態の実施形態のレーザー発振器から出射された２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の経時変化を示すグラフであり、図６Ｂは箱を被せた状態の実施形態のレーザー発振器から出射された２つのパルスレーザーにおける繰り返し周波数の差の経時変化を示すグラフである。 図７Ａは、利得媒体の移動方向を表す模式図であり、図７Ｂは利得媒体の初期位置からの距離と実施形態のレーザー発振器の２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差との関係を表すグラフである。 図８Ａは、第２ミラーの移動方向を表す模式図であり、図８Ｂは第２ミラーの初期位置からの距離と実施形態のレーザー発振器の２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差との関係を表すグラフである。 図９Ａは、レンズの移動方向を表す模式図であり、図９Ｂはレンズの初期位置からの距離と実施形態のレーザー発振器の２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差との関係を表すグラフである。 実施形態の分光装置で測定した分光スペクトルと実施形態のレーザー発振器のパルスレーザーのスペクトルを表すグラフである。
（１）本発明の実施形態に係るレーザー発振器の構成
　図１に示すように、レーザー発振器１は、第１ミラー２と、第１ミラー２と対向配置された第２ミラー３と、第１ミラー２及び第２ミラー３間に配置され、非線形結晶としてのカーレンズ効果（光カー効果）を生じ得る利得媒体４と、第１ミラー２と隣合い第２ミラー３と向かい合うように配置された第３ミラー５と、第２ミラー３と隣合い第１ミラー２と向かい合うように配置されたアウトプットカプラ６とを備えている。
　第１ミラー２及び第２ミラー３は、第１ミラー２の焦点と第２ミラー３の焦点とが重なるように配置されている。
　本実施形態の場合、第１ミラー２及び第２ミラー３は反射率９９．９％曲率半径３０ｍｍの凹面鏡であり、利得媒体４はサファイアにチタンがドープされたチタンサファイア結晶（Ti:Al2O3）であり、第３ミラー５は反射率９９．８％曲率半径１０００ｍｍの凸面鏡であり、アウトプットカプラ６は反射率９９．０％の平面鏡であり、１％の光が透過できる。
　さらに本実施形態の場合、第１ミラー２、第２ミラー３、及び第３ミラー５は、チャープミラーである。このように各ミラーをチャープミラーとすることで、周回光路９を周回する光１１の群速度分散を補償している。チャープミラーのかわりに通常のミラーを用いることもできる。その場合は、プリズム対を光の経路上に配置するなどして群速度分散を補償する。
　なお、各ミラーの形状や反射率なども、下記で説明する周回光路９を形成することができれば、特に限定されない。また、利得媒体４としては、Yb: YAG, Yb:KYW, Yb:KY(WO4)2, Yb:YVO4, Yb:Sc2O3, Nd:YAG, Cr:YAG, Cr:forsterite, Cr:LiSGaF, Cr:LiSAF, Cr:LiCAF, Cr:ZnS, Cr:ZnSe, Pr:YLF,Yb:Y2O3,Yb:Lu2O3などを用いることができる。
　さらにレーザー発振器１は、励起光源７とレンズ８とを備えている。励起光源７は、第１ミラー２を挟んで利得媒体４と対向するように配置されており、励起光１０を利得媒体４に照射する。励起光１０が利得媒体４に照射されると利得媒体４が励起され、利得媒体から光１１が誘導放出される。
　励起光源７は、利得媒体４の種類に合わせて適宜選択される。利得媒体４がチタンサファイア結晶である本実施形態では、励起光源７としてNd:YVO4レーザーの第二高調波（波長５３２ｎｍ）を用いた。また、励起光源７としては、Nd:YAGレーザー、Nd:YLFレーザー、Nd:YVO4レーザー、AlInGaNなどによるレーザーダイオードやYbファイバーレーザーの第二高調波、光励起半導体レーザーなどを用いてもよい。
　レンズ８は、励起光源７と第１ミラー２の間に配置されており、励起光１０を集光し、集光された励起光１０を利得媒体４に照射する。またレンズ８は、焦点が利得媒体４内に位置するように配置されている。本実施形態の場合、レンズ８は、焦点距離が４０ｍｍの凸レンズである。
　第１ミラー２、第２ミラー３、第３ミラー５、及びアウトプットカプラ６は、利得媒体４から誘導放出された光１１が利得媒体４、第２ミラー３、第３ミラー５、アウトプットカプラ６、第１ミラー２、利得媒体４の順の第１方向（図１に示す矢印Ｂの方向）に周回できるように、向きや位置が調整されて配置されており、リング状の周回光路９を形成している。
　利得媒体４から誘導放出された光１１は第１方向とは逆回りである利得媒体４、第１ミラー２、アウトプットカプラ６、第３ミラー５、第２ミラー３、利得媒体４の順の第２方向（図１に示す矢印Ａの方向）にも周回光路９を周回できる。このように、誘導放出された光１１は、第１方向及び第２方向の２方向に周回光路９を周回する。
　本実施形態の場合、周回光路９は、レーザー発振器１で発振されるパルスレーザーの繰り返し周波数を１ＧＨｚ程度にするために、光路長が３０ｃｍ程度に設定されている。周回光路９の光路長は、得たい繰り返し周波数に合わせて適宜変更することができる。
　利得媒体４においてカーレンズ効果を生じるため、周回光路９を周回する光１１はモードロックされる。第１方向に周回光路９を周回してモードロックされた光１１はアウトプットカプラ６から第１パルスレーザー（図１に示すＯｕｔｐｕｔＢ）として出射され、第２方向に周回光路９を周回してモードロックされた光１１はアウトプットカプラ６から第２パルスレーザー（図１に示すＯｕｔｐｕｔＡ）として出射される。このように、レーザー発振器１は２つのパルスレーザーを出射する。
　本実施形態の場合、利得媒体４は、底面が２．３ｍｍ×５．０ｍｍの平行四辺形で、高さが３．０ｍｍの角柱形状に形成されている。利得媒体４は、周回光路９を第１方向に周回する光１１と周回光路９を第２方向に周回する光１１とが共にブリュースター角に近い角度で入射できるように配置されている。
　さらに、利得媒体４は、利得媒体４の中心が第１ミラー２の焦点及び第２ミラー３の焦点と異なる位置になるように配置されている。本実施形態の場合、第１ミラー２及び第２ミラー３の曲率半径が同じであるので、第１ミラー２の焦点及び第２ミラー３の焦点は第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心に位置する。すなわち、利得媒体４は、利得媒体４の中心が第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心と異なる位置になるように配置されている。
　本明細書では、第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心とは第１ミラー２及び第２ミラー３間の光の経路の中点を言い、利得媒体４の中心とは利得媒体４内の光の経路の中点を言う。そして、異なる位置に配置されるとは、利得媒体４の中心が、第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心から第１ミラー２方向又は第２ミラー３方向にずれていることをいう。
　本実施形態は、利得媒体４の中心が第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心と異なる位置にあるため、利得媒体４への光１１の当たり方が、第１方向に周回する光１１と第２方向に周回する光１１とで異なる。利得媒体４への光１１の当たり方が異なるので、利得媒体４を第１方向に光１１が透過する場合と第２方向に光１１が透過する場合とで、利得媒体４内の光路長が異なる。
　利得媒体４内の光路長が周回方向によって異なるため、光１１が第１方向に周回するときの周回光路９の光路長と、光１１が第２方向に周回するときの周回光路９の光路長も異なることとなる。その結果、レーザー発振器１は、第１パルスレーザーと、繰り返し周波数が第１パルスレーザーと異なる第２パルスレーザーとを出射する。
　本実施形態の場合、利得媒体４は、第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心よりも第２ミラー３側に中心が位置するように配置されている。そのため、第１方向（図１中の矢印Ｂの方向）に周回光路９を周回する光１１と、第２方向（図１中の矢印Ａの方向）に周回光路９を周回する光１１とは、利得媒体４内の光路長が異なる。本実施形態の場合、第２方向の方が周回光路９の光路長が短く、第２パルスレーザー（図１中のＯｕｔｐｕｔＡ）の方が第１パルスレーザー（図１中のＯｕｔｐｕｔＢ）より繰り返し周波数が高い。
　なお、利得媒体４の中心が第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心と異なる位置にあることは、レーザー発振器１の写真を真上から撮影し、得られた撮影画像から距離を計測することで確認できる。
　また、レーザー発振器１は、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーとの繰り返し周波数の差を調整する周波数差調整部１３を備えている。本実施形態の場合、周波数差調整部１３は、非線形結晶としての利得媒体４を保持し、周波数差調整部１３に備えられた例えばアクチュエータなど（図示せず）で周波数差調整部１３を動かすことで、保持した利得媒体４を移動できるように作製されている。周波数差調整部１３は、利得媒体４を動かすことができれば特に限定されず、例えば、利得媒体４を載置する台座として作製してもよい。
　周波数差調整部１３は、利得媒体４を第１ミラー２及び第２ミラー３間の周回光路９に沿って第１方向又は第２方向に動かすことで、第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心（第１ミラー２の焦点と第２ミラー３の焦点）と利得媒体４の中心のずれを調整し、光１１の利得媒体４へ当たり方を調整して第１方向に周回する光１１と第２方向に周回する光１１の利得媒体４内の光路長を変えることで、第１パルスレーザーの繰り返し周波数と第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差を調整できる。このような周波数差調整部１３を備えることで、第１１パルスレーザーと第２パルスレーザーとの繰り返し周波数の差を容易に調整できる。
　また、周波数差調整部１３は、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差が０ｋＨｚより大きく１０ｋＨｚ以下となるように調整するのが好ましい。第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差が０ｋＨｚより大きく１０ｋＨｚ以下であると、レーザー発振器１をデュアルコム分光装置に用いたとき、より確実に測定することができる。
（２）作用及び効果
　以上の構成において、本実施形態のレーザー発振器１は、第１ミラー２と、第１ミラー２と対向配置された第２ミラー３と、第１ミラー２及び第２ミラー３間に配置され、非線形結晶としてのカーレンズ効果を生じ得る利得媒体４と、第３ミラー５と、レーザーを射出できるアウトプットカプラ６とを含むように構成した。
　またレーザー発振器１は、励起光源７の励起光１０が利得媒体４に照射されて励起光源７によって誘導放出された光１１が、第１ミラー２、利得媒体４、第２ミラー３、第３ミラー５、アウトプットカプラ６、第１ミラー２の順の第１方向及び第２ミラー３、利得媒体４、第１ミラー２、アウトプットカプラ６、第３ミラー５、第２ミラー３の順の第２方向に周回できる周回光路９を備えるように構成した。
　さらにレーザー発振器１は、利得媒体４の中心が、第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心と異なる（第１ミラー２の焦点及び第２ミラー３の焦点と異なる）位置に配置され、利得媒体４内の光路長が第１方向と第２方向とで異なり、光１１が第１方向に周回光路９を周回してモードロックされた第１パルスレーザーと、光１１が第２方向に周回光路９を周回してモードロックされ、繰り返し周波数が第１パルスレーザーと異なる第２パルスレーザーとをアウトプットカプラ６から出射するように構成した。
　よってレーザー発振器１は、利得媒体４内の光路長が第１方向と第２方向とで異なるので、周回光路９の光路長が第１方向に光１１が周回してモードロックされる場合と第２方向に光１１が周回してモードロックされる場合とで異なり、繰り返し周波数の異なる２つのパルスレーザーを発振できる。
　加えてレーザー発振器１は、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーとが同じ利得媒体４によって励起されモードロックされるので、同様のスペクトルを有する繰り返し周波数の異なる２つのパルスレーザーを発振することができ、デュアルコム分光装置に用いることができる。レーザー発振器１は、デュアルコム分光装置などの２つの異なる繰り返し周波数のレーザーが必要な装置に用いることで、レーザー発振器や繰り返し周波数安定化機構を省略でき、装置を小型化できる。
　また、レーザー発振器１は、利得媒体４の位置を動かすことで、第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心と利得媒体４の中心のずれを調整し、第１パルスレーザーの繰り返し周波数と第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差を調整する周波数差調整部を備えるようにすることで、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差を容易に調整することができる。
（３）その他の実施形態
　なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であり、例えば、図２に示すレーザー発振器２１のように、レーザー発振器２１内に利得媒体３４に加えて非線形結晶２４をさらに配置し、励起光３０を利得媒体３４に照射して利得媒体３４から誘導放出された光３１を利得媒体３４でモードロックし、非線形結晶２４の中心を、第１ミラー２２の焦点及び第２ミラー２３の焦点とずらして配置することで繰り返し周波数の異なる２つのパルスレーザーを発振するように構成してもよい。
　このように、利得媒体３４と非線形結晶２４とを備えるようにすることで、レーザー発振器２１は、２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差の生成を非線形結晶２４に担わせることにより、利得媒体３４がモードロックに良い条件を維持できるようになり、安定したモードロック状態を実現できる。
　さらに、レーザー発振器２１は、利得媒体３４と非線形結晶２４とを備えることで、上記実施形態の利得媒体４より大きな非線形効果を生じる非線形結晶２４を用いることができるので、繰り返し周波数の差をより大きくすることができる。
　レーザー発振器２１は、第４ミラー３２と、第４ミラー３２と対向配置された第５ミラー３５と、第４ミラー３２及び第５ミラー３５間に配置された利得媒体３４と、第４ミラー３２と隣合い第５ミラー３５と向かい合うように配置された第３ミラー２５と、第５ミラー３５と隣合い第４ミラー３２と向かい合うように配置されたアウトプットカプラ２６と、第３ミラー２５と隣合いアウトプットカプラ２６と向かい合うように配置された第２ミラー２３と、アウトプットカプラ２６と隣合い第３ミラー２５及び第２ミラー２３と向かい合うように配置された第１ミラー２２と、対向配置された第１ミラー２２及び第２ミラー２３間に配置された非線形結晶２４とを備えている。第１ミラー２２及び第２ミラー２３は焦点が重なるように配置されている。
　本変形例では、利得媒体３４、第３ミラー２５、アウトプットカプラ２６は、上記実施形態の利得媒体４、第３ミラー５、アウトプットカプラ６と同様の構成であり、第１ミラー２２、第２ミラー２３、第４ミラー３２、及び、第５ミラー３５は、上記実施形態の第１ミラー２と同様の構成である。非線形結晶２４は、本変形例の場合、石英で形成されており、石英以外にも各種ガラスやZnSなどを用いることができる。
　レーザー発振器２１は、励起光源２７とレンズ２８とをさらに備える。励起光源２７は、第１ミラー３２を挟んで利得媒体３４と対向するように配置され、励起光３０を利得媒体３４に照射する。レンズ２８は、レンズ８と同様のレンズであり、励起光３０を集光して利得媒体３４に照射する。
　励起光源２７から出射された励起光３０が、レンズ２８で集光され、第４ミラー３２を透過して利得媒体３４に照射される。利得媒体３４は、励起光３０が照射されると励起光源によって励起されて光３１を誘導放出する。
　レーザー発振器２１は、利得媒体３４から誘導放出された光３１が第５ミラー３５、第３ミラー２５、第１ミラー２２、非線形結晶２４、第２ミラー２３、アウトプットカプラ２６、第４ミラー３２、利得媒体３４の順の第１方向（図２中の矢印Ｂの方向）に周回できるようにこれらのミラーなどの位置や向きが調整され、周回光路２９が形成されている。周回光路２９は、光３１が第１方向とは逆方向に、第４ミラー３２、アウトプットカプラ２６、第２ミラー２３、非線形結晶２４、第１ミラー２２、第３ミラー２５、第５ミラー３５、利得媒体３４の順の第２方向（図２中の矢印Ａの方向）にも周回できる。他の構成は、レーザー発振器１と同様である。
　利得媒体３４は、周回光路２９を周回する光３１をモードロックする。本変形例の場合、利得媒体３４の中心が第４ミラー３２及び第５ミラー３５間の中心と重なるように配置されているが、利得媒体３４の中心が第４ミラー３２及び第５ミラー３５間の中心と異なる位置になるように配置されていてもよい。第４ミラー３２及び第５ミラー３５として、同じレンズを用いてもよく、曲率半径の異なるレンズを用いてもよい。
　このようなレーザー発振器２１では、非線形結晶２４が、非線形結晶２４の中心が第１ミラー２２の焦点及び第２ミラー２３の焦点からずれるように配置されている。本変形例の場合、第１ミラー２２と第２ミラー２３の曲率半径が同じであるので、非線形結晶２４の中心が第１ミラー２２及び第２ミラー２３間の中心（非線形結晶２４の中心の定義は、利得媒体４の中心実施例と同様であり、第１ミラー２２及び第２ミラー２３間の中心の定義は、第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心と同様である。）からずれるように配置されている。
　よって、レーザー発振器２１は、非線形結晶２４への光の当たり方が第１方向と第２方向とで異なり、非線形結晶２４内の光路長が第１方向と第２方向とで異なるので、周回光路２９の光路長が、光３１が第１方向に周回する場合と、光３１が第２方向に周回する場合とで異なり、繰り返し周波数の異なる２つのパルスレーザーを出射できる。
　非線形結晶２４は、本変形例の場合、利得媒体３４と同様の形状に形成されているが、その形状は特に限定されず、例えば、板状形状であってもよい。
　また非線形結晶２４は、周回光路２９を第１方向に周回する光３１と周回光路２９を第２方向に周回する光３１とが共にブリュースター角に近い角度で入射できるように配置されている。
　レーザー発振器２１は、さらに複数の非線形結晶を有していてもよい。
　さらに、本変形例のレーザー発振器２１は、非線形結晶２４を保持し、非線形結晶２４の位置を移動させる周波数差調整部を備え、周波数差調整部によって繰り返し周波数の差を調整するようにしてもよい。
　また上記実施形態では、第１ミラー２及び第２ミラー３の曲率半径が等しい場合について説明し、上記変形例では第１ミラー２２及び第２ミラー２３の曲率半径が等しい場合について説明したが、本発明はこれに限られず、第１ミラー２（２２）及び第２ミラー３（２３）の曲率半径が異なっていてもよい。
　この場合も、第１ミラー２（２２）及び第２ミラー３（２３）は、第１ミラー２（２２）の焦点及び第２ミラー３（２３）の焦点が重なるように配置され、利得媒体４（非線形結晶２４）は、利得媒体４（非線形結晶２４）の中心が第１ミラー２（２２）の焦点及び第２ミラー３（２３）の焦点と異なるように配置される。
　その結果、レーザー発振器１（２１）は、第１方向と第２方向とで、利得媒体４（非線形結晶２４）への光１１（３１）の当たり方が異なり、利得媒体４（非線形結晶２４）内の光路長が異なるので、繰り返し周波数の異なる２つのパルスレーザーを出射できる。
　さらに、上記の実施形態では、周波数差調整部１３が利得媒体４を保持して利得媒体４の位置を動かすことで、第１ミラー２の焦点及び第２ミラー３の焦点（第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心）と利得媒体４の中心のずれを調整し、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差を調整した場合について説明したが、本発明はこれに限られない。
　例えば、周波数差調整部１３は、第１ミラー２又は第２ミラー３を保持して第１ミラー２又は第２ミラー３の位置を第１ミラー２及び第２ミラー３間の周回光路９に沿って動かすことで、利得媒体４の中心と第１ミラー２の焦点及び第２ミラー３の焦点とのずれを調整して、繰り返し周波数の差を調整してもよい。
　また、周波数差調整部１３は、レンズ８を保持してレンズ８を励起光１０に沿って移動させて、レンズ８の焦点を利得媒体４の中心と異なる位置とすることで、繰り返し周波数の差を調整してもよい。この場合、レンズ８の焦点の位置が利得媒体４の中心からずれることで、利得媒体４で誘導放出された光１１と励起光１０との利得媒体４内での重なり合いが、第１方向と第２方向で異なるようになる。そうすると、第１方向と第２方向で光１１のモードロックのされ方が異なるようになり、利得媒体４への光の当たり方が第１方向と第２方向とで異なるようになる。その結果、利得媒体４内の光路長が第１方向と第２方向とで異なる。よって、周波数差調整部１３は、レンズ８を移動させることで、繰り返し周波数の差を調整できる。
　さらに、周波数差調整部１３は、第１ミラー２、第２ミラー３、利得媒体４、レンズ８の少なくとも２つ以上を移動させて繰り返し周波数の差を調整してもよい。
　この場合、周波数差調整部１３は、第１ミラー２、第２ミラー３、利得媒体４、レンズ８をそれぞれ保持し、これらを別々に移動できる例えばアクチュエータなどの駆動機構で構成される。
（４）レーザー発振器の用途
　本実施形態のレーザー発振器１が出射する第１パルスレーザー及び第２パルスレーザーは、約１ＧＨｚ程度の超短パルスレーザーである。超短パルスレーザーは、一般に、繰り返し周波数の間隔で縦モードが並んだ離散スペクトル構造、いわゆる光周波数コムを有する。そして、レーザー発振器１は、同様のスペクトルを有する繰り返し周波数の異なる２つのパルスレーザーを発振することができる。よって、レーザー発振器１は、デュアルコム分光装置のレーザー光源として用いることができる。
　図３に示すように、本実施形態のレーザー発振器１を用いる分光装置としてのデュアルコム分光装置４０は、レーザー発振器１と、レーザー発振器１から出射された第１パルスレーザー（図３中に示すＯｕｔｐｕｔＢ）及第２パルスレーザー（図３中に示すＯｕｔｐｕｔＡ）とを重ね合わせて干渉させる光重合部４１と、第１パルスレーザー及び第２パルスレーザーの干渉波を検出する干渉波検出部４３と、検出した干渉波をフーリエ変換するフーリエ変換部４４を備えている。
　光重合部４１は、ビームスプリッタ４１ａとミラー４１ｂとを備える。ビームスプリッタ４１ａは第２パルスレーザーの光線上に配置される。ミラー４１ｂは、第１パルスレーザーの光線上に配置され、第１パルスレーザーを反射してビームスプリッタ４１ａに入射させる。ビームスプリッタ４１ａとミラー４１ｂとは、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーとが干渉するように向きが調整されている。
　本実施形態の場合、ビームスプリッタ４１ａとしてはプレート型ビームスプリッタ（THORLABS社製、型番：BSW11）を用い、ミラー４１ｂとしては平面鏡を用いた。光重合部４１は、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーとを干渉できれば、その構成は特に限定されない。
　干渉波検出部４３は、光重合部４１から出射した第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの干渉波の光線上に配置され、干渉波を検出して電気信号に変換する。本実施形態の場合、干渉波検出部４３としてはSi高速PIN(RF)増幅フォトディテクタ（MenloSystems社製FPD310-FV）を用いたが、干渉波を検出することができれば特に限定されない。
　フーリエ変換部４４は、干渉波検出部４３から送出された干渉波の電気信号を受け取り、電気信号に変換された干渉波をフーリエ変換する。フーリエ変換部４４は、ローパスフィルタ４４ａとデジタイザ４４ｂとを備えている。ローパスフィルタ４４ａは干渉波の電気信号に含まれるノイズなどの高周波成分を除去する。デジタイザ４４ｂは、ローパスフィルタ４４ａを通過した干渉波の電気信号をデジタル信号に変換する。
　フーリエ変換部４４は、図示しない演算部を備えており、デジタル信号を演算部で処理して、干渉波をフーリエ変換する。
　本実施形態の場合、ローパスフィルタ４４ａとしてはMini-Circuits社製BLP-550+を用い、デジタイザ４４ｂとしてはAlazar Tech社製ATS9440を用い、演算部としてはPC（パーソナルコンピュータ）を用いた。干渉波の電気信号はデジタイザ４４ｂでデジタル化され、データとしてPCの記憶装置に保存される。その後、PCの記憶装置に保存した干渉波のデータをPCで処理して、干渉波をフーリエ変換する。フーリエ変換して得られた干渉波の分光スペクトルのデータは、PCの記憶装置に保存される。
　フーリエ変換部４４は、干渉波をフーリエ変換することができれば特に限定されず、本実施形態のようにPCなどを用いて演算によりフーリエ変換してもよく、フーリエ変換処理回路のような専用のハードウェアを用いてフーリエ変換してもよい。
　フーリエ変換部４４は、分光スペクトルのデータを表示する表示部（本実施形態の場合、図示しないPCのモニタ）を備え、表示部に分光スペクトルを表示してもよい。さらにフーリエ変換部４４は、分光スペクトルのデータを他の機器に送信する送信部を備えていてもよい。
　デュアルコム分光装置４０では、測定対象である被検物をレーザー発振器１のアウトプットカプラ６とミラー４１ｂの間に配置し、第１パルスレーザーを被検物に照射する。第１パルスレーザーは、被検物を透過する過程で被検物の吸光特性に応じて周波数特性が変化する。
　その結果、被検物を透過した第１パルスレーザーと第２パルスレーザーとの干渉波の周波数特性も被検物の吸光特性に応じて変化するので、干渉波をフーリエ変換して、干渉波の分光スペクトルを得ることで、被検物の吸光特性を解析できる。
　なお、被検物をアウトプットカプラ６とビームスプリッタ４１ａの間に配置し、第２パルスレーザーを被検物に照射するようにしても、被検物をビームスプリッタ４１ａと干渉波検出部４３の間に配置し、干渉波を被検物に照射するようにしても、被検物の吸光特性に応じた分光スペクトルを得ることができ、被検物の吸光特性を解析できる。
　従来のデュアルコム分光装置は、２つのレーザー発振器と繰り返し周波数安定化機構を用意する必要があったが、レーザー発振器１を用いることで、レーザー発振器１つと繰り返し周波数安定化機構を除去することができ、装置を簡略化でき、小型化できる。
（５）レーザー発振器のその他の用途
　本実施形態のレーザー発振器１は、上述のような特性を有するので、繰り返し周波数の異なる２つのパルスレーザーを用いることが必要な装置、例えば、非特許文献２に記載されている光コヒーレンストモグラフィ装置、非特許文献３に記載されている非同期光サンプリング装置、非特許文献４に記載されている長距離絶対距離計測装置、非特許文献５に記載されているＣＷレーザー高速高分解能分光装置などにも用いることができる。レーザー発振器１は、このような繰り返し周波数の異なる２つのパルスレーザーを用いることが必要な装置に用いることで、装置を簡略化でき、小型化できる。
（６）検証試験
（６－１）パルスレーザーのスペクトルについて
　本実施形態のレーザー発振器１から発振される第１パルスレーザーと第２パルスレーザーのスペクトルを分光器（Ocean Photonics社製、製品名：LSM-Mini）を用いて測定した。その結果を図４に示す。
　図４の横軸は各パルスレーザーの波長を表し、縦軸は各パルスレーザーの各波長の強度（任意単位）を表す。図４中のＯｕｔｐｕｔＡ、ＯｕｔｐｕｔＢは図１中のＯｕｔｐｕｔＡ、ＯｕｔｐｕｔＢとそれぞれ対応しており、図４中の実線は第２パルスレーザーのスペクトルであり、破線は第１パルスレーザーのスペクトルである。
　図４に示すように、第１パルスレーザーのスペクトルと第２レーザーのスペクトルは、ほぼ一致しており、レーザー発振器１が同様のスペクトルを有するレーザーを発振できることがわかる。
（６－２）パルスレーザーの繰り返し周波数について
　レーザー発振器１から発振される第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの繰り返し周波数を周波数カウンタ（Tektronix社製、製品名：FCA3003）を用いて測定した。その結果を図５に示す。
　図５Ａは、横軸が時間であり、縦軸が繰り返し周波数であり、各パルスレーザーの繰り返し周波数の経時変化を表している。図５Ｂは、横軸が時間であり、縦軸が繰り返し周波数の差であり、第２パルスレーザーと第１パルスレーザーの繰り返し周波数の差の経時変化を表している。図５中のＯｕｔｐｕｔＡとＯｕｔｐｕｔＢについては図４と同様である。
　図５Ａに示すように、第１パルスレーザーの繰り返し周波数と第２パルスレーザーの繰り返し周波数とが異なることがわかる。また、図５Ｂに示すように、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差は、約４５５Ｈｚ±３Ｈｚ程度で安定している。このように、レーザー発振器１が繰り返し周波数が異なる２つのパルスレーザーを発振できることがわかる。
　続いて、厚さ５mm程度のアルミニウムで形成された直方体形状の箱を被せることでレーザー発振器１を覆い、同様に繰り返し周波数を測定した。その結果を図６に示す。図６では、繰り返し周波数が第１パルスレーザー及び第２パルスレーザー共に時間に対して単調減少しているが、これは測定中に室温が変化したためである。
　図６の横軸は時間であり、縦軸は繰り返し周波数である。図６Ａは、横軸が時間であり、縦軸が繰り返し周波数であり、各パルスレーザーの繰り返し周波数の経時変化を表している。図６Ｂは、横軸が時間であり、縦軸が繰り返し周波数の差であり、第２パルスレーザーと第１パルスレーザーの繰り返し周波数の差の経時変化を表している。
　図６Ａに示すように、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの繰り返し周波数が異なることがわかる。また、図６Ｂに示すように、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差が約２１６．５５±０.１５Ｈｚと非常に安定していることがわかる。このように、レーザー発振器１を箱で覆うことで、繰り返し数の差がより安定することができることがわかる。よって、レーザー発振器１を箱で覆うことで、繰り返し周波数の差を安定化でき、当該レーザー発振器１を例えばデュアルコム分光装置に用いることで、より精度よく測定できる。
（６－３）２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差について
　周波数差調整部１３によって利得媒体４の位置を動かし、その都度レーザー発振器１の２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差を測定した。繰り返し周波数の測定方法は上記と同様である。第２ミラー３及びレンズ８についても同様に位置を動かし、その都度、２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差を測定した。
　まず、図１と同じ構成には同じ符号を付した図７Ａに示すように、利得媒体４を第２ミラー３の方向（図７Ａに示す矢印Xcrystalの方向）に移動させ、利得媒体４の中心４ａの位置を第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心からずらし、利得媒体４の位置と２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差の関係を調べた。図７Ｂはその結果を示している。
　図７Ｂの横軸は利得媒体４の初期位置からの距離を表し、縦軸は２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差を表す。本試験は、利得媒体４の中心４ａと第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心がずれた状態を初期位置とした。そのため、初期位置に置いても繰り返し周波数の差が約２１０Ｈｚである。
　図７Ｂに示すように、利得媒体４を移動させることでパルスレーザーの繰り返し周波数の差が変化することがわかる。このように、レーザー発振器１は、周波数差調整部１３によって利得媒体４を第１ミラー２及び第２ミラー３間の周回光路９に沿って第１方向又は第２方向に動かすことで、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差を調整できることがわかる。
　次に、図１と同じ構成には同じ符号を付した図８Ａに示すように、周波数差調整部１３によって第２ミラー３を利得媒体４とは反対の方向（図８Ａに示す矢印Xmirrorの方向）に移動させ、第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心３ａの位置を利得媒体４の中心からずらし、第２ミラー３の位置と２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差の関係を調べた。図８Ｂはその結果を示している。
　図８Ｂの横軸は第２ミラー３の初期位置からの距離を表し、縦軸は２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差を表す。本試験は、利得媒体４の中心と第１ミラー２及び第２ミラー３間の中心３ａがずれた状態を初期位置とした。そのため、初期位置に置いても繰り返し周波数の差が約１２０Ｈｚである。
　図８Ｂに示すように、第２ミラー３の位置が変わると２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差が変化することがわかる。このように、レーザー発振器１は、周波数差調整部１３によって第２ミラー３を第１ミラー２及び第２ミラー３間の周回光路９に沿って動かすことで、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差を調整できることがわかる。
　次に、図１と同じ構成には同じ符号を付した図９Ａに示すように、周波数差調整部１３によってレンズ８を初期位置から第２ミラーの方向に移動させた後、レンズ８を第１ミラー２とは反対の方向（図９Ａに示す矢印Xlensの方向）に移動させ、レンズ８の焦点８ａの位置を利得媒体４の中心からずらし、レンズ８の位置と２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差の関係を調べた。図９Ｂはその結果を示している。
　図９Ｂの横軸はレンズ８の初期位置からの距離を表し、縦軸は２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差を表す。
　図９Ｂに示すように、レンズ８の位置が変わると２つのパルスレーザーの繰り返し周波数の差が変化することがわかる。このように、レーザー発振器１は、周波数差調整部１３によってレンズ８を励起光１０に沿って移動させることで、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差を調整できることがわかる。
（６－４）デュアルコム分光装置について
　上述のデュアルコム分光装置４０を用いて、被検物を設置しない状態で、分光スペクトルを測定した。また、デュアルコム分光装置４０に用いたレーザー発振器１のパルスレーザーのスペクトルを上記と同様の方法で測定した。その結果を図１０に示す。
　図１０の横軸は波長を表し、縦軸は各波長成分の強度（任意単位）を表す。図１０中に示すＦＴはデュアルコム分光装置４０で測定した分光スペクトルであり、Spectrometerはレーザー発振器１の第１パルスレーザーのスペクトルと第２レーザーのスペクトルの積の平方根である。図１０に示すように、両スペクトルはほぼ一致している。
　被検物を設置しない状態でデュアルコム分光装置４０によって分光スペクトルを測定した場合、分光スペクトルはレーザー発振器１から出射されたパルスレーザーのスペクトルと同様になると考えられる。
　従って、デュアルコム分光装置４０によって、分光測定が正しく測定できることが確認できた。
　１　　レーザー発振器
　２　　第１ミラー
　３　　第２ミラー
　４　　利得媒体
　５　　第３ミラー
　６　　アウトプットカプラ
　７　　励起光源
　８　　レンズ
　９　　周回光路
　１３　周波数差調整部
　４０　デュアルコム分光装置
　４１　光重合部
　４３　干渉波検出部
　４４　フーリエ変換部

Claims (15)

  1. 　第１ミラーと、前記第１ミラーと対向配置された第２ミラーと、前記第１ミラー及び前記第２ミラー間に配置された非線形結晶とを含み、励起光源によって誘導放出された光が、前記第１ミラー、前記非線形結晶、前記第２ミラーの順の第１方向及び前記第２ミラー、前記非線形結晶、前記第１ミラーの順の第２方向に周回する周回光路を備え、
    　前記非線形結晶内の光路長が前記第１方向と前記第２方向とで異なり、
    　前記光が前記第１方向に前記周回光路を周回してモードロックされた第１パルスレーザーと、
    　前記光が前記第２方向に前記周回光路を周回してモードロックされ、繰り返し周波数が前記第１パルスレーザーと異なる第２パルスレーザーとを出射する
    　ことを特徴とするレーザー発振器。
  2. 　前記非線形結晶内の光路長が前記第１方向と前記第２方向とで異なることは、
    　前記非線形結晶の中心が前記第１ミラーの焦点及び前記第２ミラーの焦点と異なる位置になるように、前記非線形結晶が配置されていることである
    　ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー発振器。
  3. 　前記非線形結晶の中心と前記第１ミラーの焦点及び前記第２ミラーの焦点とが異なる位置にあることは、
    　前記非線形結晶の中心が前記第１ミラー及び前記第２ミラー間の中心と異なる位置になるように、前記非線形結晶が配置されていることである
    　ことを特徴とする請求項２に記載のレーザー発振器。
  4. 　前記第１ミラー、前記第２ミラー、及び前記非線形結晶の少なくとも１つの位置を動かすことで、前記第１パルスレーザーの繰り返し周波数と前記第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差を調整する周波数差調整部を備える
    　ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザー発振器。
  5. 　前記周回光路は、前記励起光源によって励起されて前記光を誘導放出する利得媒体と前記非線形結晶とを含む
    　ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のレーザー発振器。
  6. 　前記励起光源の励起光を集光して前記非線形結晶に照射するレンズを備え、
    　前記非線形結晶内の光路長が前記第１方向と前記第２方向とで異なることは、
    　前記レンズの焦点が前記非線形結晶の中心と前記第１ミラーの焦点及び前記第２ミラーの焦点と前記非線形結晶の中心との少なくとも１つと異なる位置になるように、前記レンズが配置されていることである
    　ことを特徴する請求項１に記載のレーザー発振器。
  7. 　前記レンズの位置を動かすことで、前記第１パルスレーザーの繰り返し周波数と前記第２パルスレーザーの繰り返し周波数との差を調整する周波数差調整部を備える、
    　ことを特徴とする請求項６に記載のレーザー発振器。
  8. 　前記第１パルスレーザーと前記第２パルスレーザーの繰り返し周波数の差が、０ｋＨｚより大きく１０ｋＨｚ以下である
    　ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のレーザー発振器。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器と、
    　前記レーザー発振器から出射された前記第１パルスレーザー及び前記第２パルスレーザーを重ね合わせる光重合手段と、
    　前記第１パルスレーザー及び前記第２パルスレーザーを前記光重合手段によって重ね合わせた干渉波を検出する干渉波検出手段と、
    　検出した前記干渉波をフーリエ変換するフーリエ変換手段と
    　を備えることを特徴とする分光装置。
  10. 　前記干渉波が被検物に照射され、
    　前記干渉波検出手段が、前記被検物を透過した前記干渉波を検出する
    　ことを特徴とする請求項９に記載の分光装置。
  11. 　前記第１パルスレーザー又は前記第２パルスレーザーが被検物に照射され、
    　前記光重合手段が、前記被検物を透過した前記第１パルスレーザー又は前記第２パルスレーザーと、前記第２パルスレーザー又は前記第１パルスレーザーとを重ね合わせる
    　ことを特徴とする請求項９に記載の分光装置。
  12. 　請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィ装置。
  13. 　請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えることを特徴とする非同期光サンプリング装置。
  14. 　請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えることを特徴とする長距離絶対距離計測装置。
  15. 　請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザー発振器を備えることを特徴とするＣＷレーザー高速高分解能分光装置。
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