(57)【要約】【課題】  繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を安価で単純な装置で行う。【解決手段】  それぞれくさび形の断面形状を有し、互いに斜面２１Ａ１，２１Ｂ１を対向させて配され、少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動することにより、互いに平行な入射面２１Ａ２と出射面２１Ｂ２との距離が可変自在とされ、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整される厚さｔが調整自在な平行平板部２１を形成する正分散媒質からなる１対の光学素子２１Ａ，２１Ｂを有するスペクトル位相補償装置２０により、 広帯域光Ｌｗのスペクトルの位相補償を行う。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さの正分散媒質からなる平行平板を透過させることにより、広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とするスペクトル位相補償方法。
【請求項２】
隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さの正分散媒質からなり、広帯域光が入射される平行平板を備え、
上記平行平板を透過させることにより、広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とするスペクトル位相補償装置。
【請求項３】
それぞれくさび形の断面形状を有し、互いに斜面を対向させて配され、少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動することにより、互いに平行な入射面と出射面との距離が可変自在とされた正分散媒質からなる１対の光学素子により、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整された平行平板部を形成し、
上記平行平板部を透過させることにより、広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とするスペクトル位相補償方法。
【請求項４】
上記平行平板部の厚さを、入射される広帯域光に存在する２次分散を打ち消して、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整することを特徴とする請求項３記載のスペクトル位相補償方法。
【請求項５】
それぞれくさび形の断面形状を有し、互いに斜面を対向させて配され、少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動することにより、互いに平行な入射面と出射面との距離が可変自在とされ、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整される厚さが調整自在な平行平板部を形成する正分散媒質からなる１対の光学素子を有し、
上記平行平板部を透過させることにより、広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とするスペクトル位相補償装置。
【請求項６】
上記平行平板部は、入射される広帯域光に存在する２次分散を打ち消して、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整されることを特徴とする請求項５記載のスペクトル位相補償装置。
【請求項７】
それぞれくさび形の断面形状を有し、互いに斜面を対向させて配され、少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動することにより、互いに平行な入射面と出射面との距離が可変自在とされた正分散媒質からなる１対の光学素子により形成される厚さが調整自在な平行平板部に広帯域光を入射し、
上記平行平板部を透過した光を検出し、その検出出力に基づいて上記１対の光学素子の少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動させる駆動部を動作させ、上記平行平板部の厚さを隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに制御し、
上記平行平板部を透過させることにより、上記広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とするスペクトル位相補償方法。
【請求項８】
それぞれくさび形の断面形状を有し、互いに斜面を対向させて配され、少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動することにより、互いに平行な入射面と出射面との距離が可変自在とされ、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整される厚さが調整自在な平行平板部を形成する正分散媒質からなる１対の光学素子と、
上記１対の光学素子の少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動させる駆動部と、
上記平行平板部を透過した光を検出し、その検出出力に基づいて上記駆動部を動作させ、上記平行平板部の厚さを隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに制御する制御部と
を備え、
上記平行平板部を透過させることにより、広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とするスペクトル位相補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うスペクトル位相補償方法及びスペクトル位相補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のレーザ技術の発展に伴い、１００フェムト秒（１０−１５秒）以下のパルス幅を有する超短パルスレーザを容易に利用することが可能となり、このテラヘルツ領域の技術開発が急速に進展している。
【０００３】
フェムト秒光パルスは、非線形光学応答を利用した非破壊、非侵襲の物質測定、ガラスや金属や半導体の超精細加工、細胞の切削や操作などに利用できるだけでなく、光の干渉性を利用して物体内部を撮像するＯＣＴ(Optical Coherence Tomography)や多光子顕微鏡の光源、Ｘ線に代わる検査用電磁波となる波長３０μｍ〜３ｎｍのテラヘルツ波発生装置などへの応用が期待されている。
【０００４】
フェムト秒光パルスの発生は、時間幅が広がった光パルスのスペクトル成分間の相対位相を制御して、フーリエ変換限界程度に時間幅を圧縮する技術である。光パルスの時間軸上の拡がりは、光パルスのスペクトル成分間の相対位相関係によって生ずるので、周波数に対して相対位相を補償することによって、すなわちチャープさせてパルス圧縮が行われる。線形チャープは、光の伝搬定数が、一定の群速度分散を有する場合、すなわち、周波数の２乗依存性を有する場合に生じることから、二次分散とも呼ばれる。
【０００５】
フェムト秒光パルスの時間幅をさらに狭くする要求が高まっているが、光パルスの時間幅を狭めると、それに対応して周波数スペクトル幅が拡大するので、拡大した周波数スペクトルの成分間全てにチャープを消すことが必要になり、従来よりも広い周波数範囲にわたって、広くチャープを補償することが必要になる。
【０００６】
ここで、周波数チャープとは、光パルスの瞬時周波数が時間的に変化する現象であり、時間とともに線形に増加する場合を正チャープ、線形に減少する場合を負チャープと呼ぶ。
【０００７】
従来の一般的な超短光パルスの生成方法としては、図１１に示すように、広帯域光源の発生する光パルス（広帯域光）Ｌｗのコヒーレントで広いスペクトルとそのスペクトルの位相をスペクトル成分毎に位相補償して合波することにより超短光パルスＬｘを生成する手法が一般的な超短光パルスの生成方法として、広く知られている。
【０００８】
ここで、広帯域光源の発生する光パルス（広帯域光）Ｌｗを図１１の（Ａ）に示し、その各スペクトル成分を図１１の（Ｂ）を示し、スペクトル成分毎に位相補償した各スペクトル成分を図１１の（Ｃ）に示し、生成した超短光パルスＬｘを図１１の（Ｄ）に示す。
【０００９】
このように、超短光パルスの生成には、広帯域化だけでなく、相対位相を調整（分散補償）する必要がある。
【００１０】
そして、現実の透過媒質がほぼすべて正常分散媒質であることから、広帯域光源により、例えば図１２の（Ａ）に示すように、各スペクトル成分の位相が一定の広帯域光Ｌｗ０が得られたとしても、実際に使用される広帯域光Ｌｗには、図１２の（Ｂ）に示すように、上記広帯域光原の状態やその後の透過媒質の材料や量に応じた正分散が存在するので、図１２の（Ｃ）に示すように、広帯域光Ｌｗのスペクトルの相対位相を調整（分散補償）するための負分散の実現が主要なテーマとなっていた。従来、プリズム対や回折格子対、さらには負分散ミラーなどにより、分散補償を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３３７３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来のプリズム対、あるいは回折格子対を用い、この各対間の距離を変えて負チャープ量を変化させるスペクトル位相補償装置では、広い周波数スペクトル範囲にわたって大きな負チャープを加えようとすると線形チャープ、すなわち二次分散だけでなく、二次分散よりも高次の分散も加わってしまうという問題点がある。すなわち、プリズム対、回折格子対では、屈折及び回折によって生ずる波長毎の光路差を用いて、光に正又は負の大きな群速度分散を与えることができる。しかし、群速度分散よりさらに高次の位相分散も生じるため、広帯域に渡って位相を補償するためには、光学系の設計から光学材料の選定までに及ぶ精密な設計が必要になる。このため、プリズム対、回折格子対による位相補償は、実質的にある程度制限された波長域における位相補償手段であり、また、ダイナミックにまた任意の位相量を調整することはほとんど不可能である。
また、負分散ミラーは、屈折率（誘電率）の異なる光学薄膜を膜厚を制御して交互に複数積層し、この積層膜から反射する光が、周波数に比例した位相を持つようにしたもので、光エネルギーに対する損傷しきい値が高い光学物質、例えば、ＳｉＯ２やＴｉＯ２を誘電体多層膜として使用するので、高エネルギー光パルスの使用に耐える。また、光パルスを誘電体多層膜で反射させるだけなので、装置が小型である。蒸着薄膜の膜厚を適切に設計して形成した誘電体多層膜鏡は、操作は非常に容易であるが、その反射原理から使用する帯域が限られかつ回転角と位相の間に一定の関数関係を有しているため、究極の極短パルスには到達できないと同時に、波長可変性についても制限されてしまう。
【００１３】
したがって、従来のプリズム対や回折格子対、誘電体多層膜鏡などの光学素子を用いた位相補償は、固定的であり、光パルスのスペクトル成分毎の位相が前もってわかっており、かつ、光パルスのスペクトル成分毎の位相が時間的に不変である場合にしか有効ではない。
【００１４】
一般に、光パルスに正チャープを加えることは容易であるが、負チャープを加えるためには複雑な機構を要する。
【００１５】
近年の技術革新により、超短光パルスの繰り返し周波数は年々上昇しており、高い繰り返し周波数は離散性の高いスペクトルを形成する。
【００１６】
本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を安価で単純な装置で行うことができるようにすることにある。
【００１７】
本発明のさらに他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施に形態から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では、広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うにあたり、高い繰り返し周波数を持つ超短光パルスは離散性の高い光スペクトルを持つことに着目して、従来のように負分散によりスペクトル位相を補償するのではなく、簡単に実現可能な正分散によりスペクトル位相を補償して隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする。
【００１９】
すなわち、本発明に係るスペクトル位相補償方法は、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さの正分散媒質からなる平行平板を透過させることにより、広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係るスペクトル位相補償装置は、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さの正分散媒質からなり、広帯域光が入射される平行平板を備え、上記平行平板を透過させることにより、広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るスペクトル位相補償方法は、それぞれくさび形の断面形状を有し、互いに斜面を対向させて配され、少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動することにより、互いに平行な入射面と出射面との距離が可変自在とされた正分散媒質からなる１対の光学素子により、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整された平行平板部を形成し、上記平行平板部を透過させることにより、広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るスペクトル位相補償装置は、それぞれくさび形の断面形状を有し、互いに斜面を対向させて配され、少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動することにより、互いに平行な入射面と出射面との距離が可変自在とされ、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整される厚さが調整自在な平行平板部を形成する正分散媒質からなる１対の光学素子を有し、上記平行平板部を透過させることにより、広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係るスペクトル位相補償方法は、それぞれくさび形の断面形状を有し、互いに斜面を対向させて配され、少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動することにより、互いに平行な入射面と出射面との距離が可変自在とされた正分散媒質からなる１対の光学素子により形成される厚さが調整自在な平行平板部に広帯域光を入射し、上記平行平板部を透過した光を検出し、その検出出力に基づいて上記１対の光学素子の少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動させる駆動部を動作させ、上記平行平板部の厚さを隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに制御し、上記平行平板部を透過させることにより、上記広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とする。
【００２４】
さらに、本発明に係るスペクトル位相補償装置は、それぞれくさび形の断面形状を有し、互いに斜面を対向させて配され、少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動することにより、互いに平行な入射面と出射面との距離が可変自在とされ、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整される厚さが調整自在な平行平板部を形成する正分散媒質からなる１対の光学素子と、上記１対の光学素子の少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動させる駆動部と、上記平行平板部を透過した光を検出し、その検出出力に基づいて上記駆動部を動作させ、上記平行平板部の厚さを隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに制御する制御部とを備え、上記平行平板部を透過させることにより、広帯域光から繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、単純に正常分散媒質を透過させるだけで、位相の補償を実現する。繰り返し周波数がテラヘルツ領域の場合には、数センチメートルの厚さのガラス材で２次の位相分散を消去できる。光エネルギーの損失要因は媒質の吸収および表面反射しかないため、高透過率を確保することができる。また、分散媒質として通常の光学ガラス材料を利用できるため、損傷閾値が高いスペクトル位相補償装置を実現することができる。また、本発明によれば、各周波数成分を空間的に分離しない安定的な機構のスペクトル位相補償装置を実現することができる。さらに、 通常の光学部品のように誘電体膜や金属膜の蒸着を必要としないため安価なスペクトル位相補償装置を実現することができる。
【００２６】
すなわち、本発明では、繰り返し周波数の高い超短光パルスの生成のためのスペクトル位相の補償を、通常の正分散を持つ媒質によって実現するので、負分散を実現するための複雑な機構を必要とせず、安価で単純なスペクトル位相補償装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用した平行平板からなるスペクトル位相補償装置を備える超短光パルス生成装置の構成図である。
【図２】上記スペクトル位相補償装置における正分散によるスペクトル位相の補償について説明するための図である。
【図３】本発明を適用した厚さが調整自在な平行平板部を形成する１対の光学素子からなるスペクトル位相補償装置の構成図である。
【図４】上記スペクトル位相補償装置における平行平板部の厚さの可変状態を示す図である。
【図５】上記スペクトル位相補償装置における厚さが調整自在な平行平板部を形成する１対の光学素子の具体例を示す図である。
【図６】上記スペクトル位相補償装置を実装した広帯域離散スペクトル発生装置の構成図である.
【図７】上記広帯域離散スペクトル発生装置の広帯域離散スペクトル生成用セルにおいてラマン過程を経て発生される高次のサイドバンドを示す図である。
【図８】上記広帯域離散スペクトル発生装置に実装した上記位相補償装置を通過した広帯域光のスペクトルの位相の各測定結果を示す図である。
【図９】上記広帯域離散スペクトル発生装置に実装した上記位相補償装置を通過した広帯域光の時間波形の各測定結果を示す図である。
【図１０】制御部により平行平板部の厚さを隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに自動制御する機能を備えるスペクトル位相補償装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の一般的な超短光パルスの生成方法を説明するための図である。
【図１２】負分散による位相補償について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
本発明は、例えば図１に示すような構成の超短光パルス生成装置１０におけるスペクトル位相補償装置２に適用される。
【００３０】
この超短光パルス生成装置１０は、広帯域光Ｌｗを出射する広帯域光原１と、上記広帯域光原１から出射された広帯域光Ｌｗが入射されるスペクトル位相補償装置２からなる。
【００３１】
上記広帯域光原１は、チタンサファイア結晶など広い利得帯域を持つレーザ媒質や、コヒーレント光の変調を利用することで広帯域光Ｌｗを生成し、生成した広帯域光Ｌｗを出射する。
【００３２】
そして、上記スペクトル位相補償装置２は、入射された広帯域光Ｌｗのスペクトル位相の補償を行うことによって、上記広帯域光Ｌｗから繰り返し周波数の高い超短光パルスを生成し、生成した超短光パルスＬｘを出射する。
【００３３】
ここで、超高繰返し周期を実現する離散的なスペクトルを対象にした位相分散補償の場合、各スペクトル成分が同一の位相を持つ条件以外にもパルス幅を最も短くする最適条件が存在する。離散スペクトルは等間隔の線スペクトルで形成されるため、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍に選ぶことができる。適当な２次分散を加えることで、もともと存在する２次分散を打ち消すことができる。
【００３４】
この超短光パルス生成装置１０におけるスペクトル位相補償装置２は、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さｔの正分散媒質からなり、広帯域光Ｌｗが入射される平行平板２Ａを備え、上記平行平板２Ａを透過させることにより、広帯域光Ｌｗから繰り返し周波数の高い超短光パルスＬｘの生成のためのスペクトル位相の補償を行う。
【００３５】
上記平行平板２Ａは、既知の分散特性を持つ光学ガラスを、取り除くべき２次分散の量に応じて厚さｔを調整したもので、広帯域光Ｌｗの光路に挿入することで２次分散を補償する。
【００３６】
すなわち、このスペクトル位相補償装置２では、図２に示すように、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さｔの正分散媒質からなる平行平板２Ａを透過させることにより、広帯域光Ｌｗから繰り返し周波数の高い超短光パルスＬｘの生成のためのスペクトル位相の補償を行う。
【００３７】
ここで、広帯域光源の発生する広帯域光Ｌｗのスペクトルと位相を図２の（Ａ）に示し、上記広帯域光Ｌｗの各スペクトル成分を図２の（Ｂ）を示し、スペクトル成分毎に位相補償した各スペクトル成分を図２の（Ｃ）に示し、生成した超短光パルスＬｘのスペクトルと位相を図２の（Ｄ）に示す。
【００３８】
なお、上記超短光パルス生成装置１０において、上記スペクトル位相補償装置２に入射される広帯域光Ｌｗに存在する分散量は、上記広帯域光原１の状態やその後の透過媒質の材料や量によって変化するので、上記スペクトル位相補償装置２の平行平板２Ａは、取り除くべき２次分散の量に応じた厚さｔとしておく必要がある。
【００３９】
また、上記超短光パルス生成装置１０は、固定の厚さｔの平行平板２Ａによりスペクトル位相の補償を行う上記スペクトル位相補償装置２に替えて、例えば、図３に示すような構成のスペクトル位相補償装置２０を用いることにより、厚さｔを可変自在とした平行平板部２１により任意の補償量にてスペクトル位相の補償を行うことができる。
【００４０】
図３に示すスペクトル位相補償装置２０は、それぞれくさび形の断面形状を有し、互いに斜面２１Ａ１，２１Ｂ１を対向させて配され、少なくとも一方の光学素子が斜面に沿って移動することにより、互いに平行な入射面２１Ａ２と出射面２１Ｂ２との距離が可変自在とされ、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整される厚さｔが調整自在な平行平板部２１を形成する正分散媒質からなる１対の光学素子２１Ａ，２１Ｂを有する。
【００４１】
このスペクトル位相補償装置２０では、例えば、光学素子２１Ａを斜面２１Ａ１，２１Ｂ１に沿って移動させることにより、図４の（Ａ），（Ｂ）に示すように、平行平板部２１の厚さｔを自由に変化させることができる。したがって、平行平板部２１により任意の補償量にてスペクトル位相の補償を行うことができる。
【００４２】
そして、このスペクトル位相補償装置２０では、互いに平行な入射面２１Ａ２と出射面２１Ｂ２との距離が可変自在とされた正分散媒質からなる１対の光学素子２１Ａ，２１Ｂにより、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整された平行平板部２１を形成して、上記平行平板部２１を透過させることにより、広帯域光Ｌｗから繰り返し周波数の高い超短光パルスＬｘの生成のためのスペクトル位相の補償を行う。
【００４３】
ここで、離散スペクトルの周波数間隔が１０．６ＴＨｚの場合、光学ガラス（ＢＫ７）では、３２ｍｍ厚さを変化させれば、２次分散が補償される厚さが１度現れることが見積もられるので、図５に示すような断面形状の短辺２１Ａ３の長さが４０ｍｍの光学素子２１Ａと短辺２１Ｂ３の長さが２０ｍｍの光学素子２１Ｂを光学ガラス（ＢＫ７）にて作製して、上記スペクトル位相補償装置２０として用い、図６に示すような構成の広帯域離散スペクトル発生装置３０に実装して、離散スペクトルの周波数間隔が１０．６ＴＨｚの広帯域光Ｌｗについてスペクトル位相の補償を行ったところ、平行平板部２１の厚さｔを１０ｍｍ〜４０ｍｍまで変化させた場合、１０ｍｍ付近と４０ｍｍ付近でパルス幅が短くなり、超短光パルスＬｘを生成することができた。
【００４４】
この広帯域離散スペクトル発生装置３０は、周波数が３７２ＴＨｚ（波長：８０６．３２９７ｎｍ）のレーザ光と３８３ＴＨｚ（波長：７８３．９３１６ｎｍ）のレーザ光とを発生し、同軸に重ね合わせて混合した二波長のレーザ光を出射するチタンサファイア（TI:SA）レーザ光源３１と、上記レーザ光源３１から出射された二波長のレーザ光が上記第１のハーフミラー３２を介して入射される広帯域離散スペクトル生成用セル３３と、上記広帯域離散スペクトル生成用セル３３から出射された広帯域光Ｌｗが第２のハーフミラー３４を介して入射される第１の測定系３５と、上記レーザ光源３１から出射された二波長のレーザ光が上記第１のハーフミラー３２により反射されて入射されるとともに、上記広帯域離散スペクトル生成用セル３３から出射された広帯域光Ｌｗ’が第２のハーフミラー３４により反射されて入射される第２の測定系３６からなり、上記広帯域離散スペクトル生成用セル３３と上記第２のハーフミラー３４の間の光路中に上記位相補償装置２０が設けられている。
【００４５】
上記広帯域離散スペクトル生成用セル３３は、例えば、光学クライスタット内に固体パラ水素結晶を設置してなる非線形波長変換素子である。
【００４６】
この広帯域離散スペクトル発生装置３０では、上記レーザ光源３１により周波数が３７２ＴＨｚ（波長：８０６．３２９７ｎｍ）のレーザ光と３８３ＴＨｚ（波長：７８３．９３１６ｎｍ）のレーザ光とを発生し、同軸に重ね合わせた混合した二波長のレーザ光を上記第１のハーフミラー３１を介して励起レーザ光として上記広帯域離散スペクトル生成用セル３３に入射させることにより、上記広帯域離散スペクトル生成用セル３３において、図７に示すように、ラマン過程を経て高次のサイドバンドを発生させ、離散スペクトルの周波数間隔が１０．６ＴＨｚの広帯域光Ｌｗを発生させる。
【００４７】
上記広帯域離散スペクトル生成用セル３３と上記第２のハーフミラー３４の間の光路中に設けられた上記位相補償装置２０は、上述の如く、隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに調整される厚さｔが調整自在な平行平板部２１を形成する正分散媒質からなる１対の光学素子２１Ａ，２１Ｂにて構成されたもので、上記広帯域離散スペクトル生成用セル３３から入射された広帯域離散スペクトルの広帯域光Ｌｗが上記平行平板部２１に入射され、上記平行平板部２１により上記広帯域光Ｌｗの各スペクトルの位相補償を行う。
【００４８】
上記第１の測定系３５は、上記位相補償装置２０を通過した広帯域光Ｌｗ’が上記第２のハーフミラー３４を介して第１の測定光Ｌ１として入射される高調波発生用の非線形光学素子（ＢＢＯ）３５Ａと、この非線形光学素子（ＢＢＯ）３５Ａにより発生される高調波を検出する光検出器３５Ｂからなる。
【００４９】
この第１の測定系３５は、上記非線形光学素子（ＢＢＯ）３５Ａにより上記第１の測定光Ｌ１の高調波を発生し、発生した第二高調波（ＳＨ）を上記光検出器３５Ｂにより検出する。
【００５０】
また、上記第２の測定系３６は、上記レーザ光源３１から出射された二波長のレーザ光が上記第１のハーフミラー３２により反射されて参照光Ｌｒｅｆとして入射される遅延ステージ３６Ａと、この遅延ステージ３６Ａを介して上記参照光Ｌｒｅｆが入射されるとともに、上記位相補償装置２０を通過した広帯域光Ｌｗ’が上記第２のハーフミラー３４により反射されて第２の測定光Ｌ２として入射される凹面鏡３６Ｂと、上記参照光Ｌｒｅｆと第２の測定光Ｌ２の混合光が上記凹面鏡３６Ｂにより反射されて入射される高調波発生用の非線形光学素子（ＢＢＯ）３６Ｃと、この非線形光学素子（ＢＢＯ）３６Ｃにより発生される高調波が入射されるスペクトロメータ３６Ｄからなる。
【００５１】
この第２の測定系３６は、上記遅延ステージ３６Ａにより上記参照光Ｌｒｅｆが通過する光路長さを可変して、上記参照光Ｌｒｅｆに与える遅延量を調整し、上記参照光Ｌｒｅｆと第２の測定光Ｌ２の混合光の高調波を上記非線形光学素子（ＢＢＯ）３６Ｃを発生し、上記混合光の高調波を上記スペクトロメータ３６Ｄにより検出することにより、上記第２の測定光Ｌ２に含まれるスペクトルの位相、すなわち、上記位相補償装置２０を通過した広帯域光Ｌｗ’のスペクトルの位相を測定する。
【００５２】
このような構成の広帯域離散スペクトル発生装置３０において、上記位相補償装置２０の上記平行平板部２１の厚さｔを１０ｍｍ〜４０ｍｍまで変化させて、離散スペクトルの周波数間隔が１０．６ＴＨｚの広帯域光Ｌｗについてスペクトル位相の補償を行い、上記平行平板部２１の厚さｔが１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍ、４０ｍｍの場合に、上記第２の測定系３６により上記位相補償装置２０を通過した広帯域光Ｌｗ’のスペクトルの位相の各測定結果を図８にＰ（１０ｍｍ）、Ｐ（１５ｍｍ）、Ｐ（２０ｍｍ）、Ｐ（２５ｍｍ）、Ｐ（３０ｍｍ）、Ｐ（３５ｍｍ）、Ｐ（４０ｍｍ）として示し、また、時間波形の各測定結果を図９にＳ（１０ｍｍ）、Ｓ（１５ｍｍ）、Ｓ（２０ｍｍ）、Ｓ（２５ｍｍ）、Ｓ（３０ｍｍ）、Ｓ（３５ｍｍ）、Ｓ（４０ｍｍ）として示す。
【００５３】
なお、図８には、上記位相補償装置２０を設けない場合の広帯域光Ｌｗ’のスペクトルの位相特性をＰ（０）として示し、また、目的の位相特性をＰ（０π）、Ｐ（２π）、Ｐ（４π）として示してある。また、図９には、上記位相補償装置２０を設けない場合の広帯域光Ｌｗ’の時間波形をＳ（０）として示し、また、理想状態の時間波形をＳ（Ｒ）として示してある。
【００５４】
このように、上記広帯域離散スペクトル発生装置３０では、上記平行平板部２１の厚さｔを１０ｍｍ〜４０ｍｍまで変化させた場合、１０ｍｍ付近と４０ｍｍ付近でパルス幅が短くなり、超短光パルスＬｘを生成することができた。
【００５５】
また、上記広帯域離散スペクトル発生装置３０における上記スペクトル位相補償装置２０は、例えば、図１０に示すように、上記光学素子２１Ａを斜面２１Ａ１，２１Ｂ１に沿って移動させる駆動部２２と、上記平行平板部２１を透過した光を検出し、その検出出力に基づいて上記駆動部２２を動作させ、上記平行平板部２１の厚さｔを隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに制御する制御部２３とを設け、上記制御部２３により上記平行平板部２１の厚さｔを隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに自動制御するようにすることもできる。
【００５６】
上記駆動部２２は、例えばパルスモータによりウオームギヤを回転駆動して、上記光学素子２１Ａを斜面２１Ａ１，２１Ｂ１に沿って移動させる構造とする。
【００５７】
また、上記制御部２３は、上記第１の測定系３５の光検出器３５Ｂにより検出される上記第１の測定光Ｌ１、すなわち、上記位相補償装置２０を通過した広帯域光Ｌｗ’の２次高調波成分の検出出力に基づいて、上記広帯域光Ｌｗ’のパルス幅やピーク強度等を求めて、上記駆動部２２の動作を制御することにより、上記平行平板部２１の厚さｔを、上記広帯域光Ｌｗ’のパルス幅が最短の状態又はピーク強度が最強の状態、すなわち、スペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに自動制御する。
【００５８】
上記広帯域離散スペクトル発生装置３０では、上記平行平板部２１を透過した光を検出し、その検出出力に基づいて駆動部２２を動作させ、上記平行平板部２１の厚さｔを隣り合うスペクトルの位相差を２πの整数倍とする厚さに制御する制御部２３を上記スペクトル位相補償装置２０に設けることにより、安定に且つ簡単に超短光パルスＬｘを生成することができる。
【００５９】
なお、本発明は、以上の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６０】
１  広帯域光原、２  スペクトル位相補償装置、２Ａ  平行平板２Ａ、１０  超短光パルス生成装置、２０  スペクトル位相補償装置、２１  平行平板部２１、２１Ａ１，２１Ｂ１  斜面、２１Ａ２  入射面、２１Ｂ２  出射面、２１Ａ，２１Ｂ  光学素子、２２  駆動部、２３  制御部、３０  広帯域離散スペクトル発生装置、３１  レーザ光源、３２  第１のハーフミラー、３３  広帯域離散スペクトル生成用セル、３４  第２のハーフミラー、３５  第１の測定系、３５Ａ  非線形光学素子（ＢＢＯ）、３５Ｂ  光検出器、３６  第２の測定系、３６Ａ  遅延ステージ３６Ａ、３６Ｂ  凹面鏡、３６Ｃ  非線形光学素子（ＢＢＯ）、３６Ｄ  スペクトロメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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