(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を共振させる光共振器、該光共振器の共振光路上に配置され前記パルス光を光増幅する光増幅媒質、及び、一定期間に亘って前記光共振器内において光増幅された前記パルス光を前記光共振器の外部へ取り出す光取り出し手段を含む光増幅部と、
前記光増幅媒質に励起エネルギを供給するエネルギ供給部と、
パルス状の種光を周期的に前記光増幅部へ提供する種光源と
を備え、
前記光取り出し手段は、前記共振光路上に設けられ、電気光学効果によって前記パルス光の偏光状態を制御する光変調部と、前記共振光路上に設けられ、前記パルス光をその偏光状態に応じて選択的に反射または透過する偏光ビームスプリッタとを含み、
当該光増幅装置は、
前記光変調部に駆動電圧を供給する電圧供給部と、
前記光増幅部への前記種光の入力タイミングに同期して前記駆動電圧を出力させるための制御信号を前記電圧供給部に与える駆動制御部と
を更に備え、
前記駆動制御部は、前記種光に同期したトリガ信号から前記制御信号を生成するとともに、前記トリガ信号の異常を検知した際に、所定の周期で又は連続して前記駆動電圧を出力させるための代替信号を前記制御信号に代えて前記電圧供給部に与えることを特徴とする、光増幅装置。
【請求項２】
前記駆動制御部は、
前記トリガ信号から前記制御信号を生成する制御信号生成回路と、
前記トリガ信号の異常を検知する異常検知回路と、
前記異常検知回路が前記トリガ信号の異常を検知した際に、前記トリガ信号に代わる代替トリガ信号を前記制御信号生成回路に与える第１の代替回路と
を含み、
前記制御信号生成回路は、前記代替トリガ信号から前記代替信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記第１の代替回路は、正常時における前記トリガ信号と概ね同じ周期を有する前記代替トリガ信号を前記制御信号生成回路に与えることを特徴とする、請求項２に記載の光増幅装置。
【請求項４】
前記第１の代替回路は、正常時における前記トリガ信号よりも短い周期を有する前記代替トリガ信号を前記制御信号生成回路に与えることを特徴とする、請求項２に記載の光増幅装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、
前記トリガ信号から制御信号を生成する制御信号生成回路と、
前記トリガ信号の異常を検知する異常検知回路と、
前記異常検知回路が前記トリガ信号の異常を検知した際に、前記制御信号に代えて前記代替信号を前記電圧供給部へ出力する第２の代替回路と
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の光増幅装置。
【請求項６】
前記第２の代替回路は、前記所定の周期を有する前記代替信号を前記電圧供給部へ出力することを特徴とする、請求項５に記載の光増幅装置。
【請求項７】
前記光増幅部は、前記パルス光を内部に入力して繰り返し内部反射させた後に出力する透明媒質を前記共振光路上に更に含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光増幅装置。
【請求項８】
前記異常検知回路は、前記トリガ信号に含まれる直流成分が所定の閾値を下回ったときに、前記トリガ信号が異常であると判断することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光増幅装置。
【請求項９】
前記光取り出し手段によって取り出された前記パルス光のパルス幅を圧縮するパルス幅圧縮部を更に備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、主に光通信などで使用される光増幅器の制御方法が記載されている。この制御方法は、入力信号断を検出して励起光源を制御する方法であって、入力信号断検出時に励起光源の駆動電流または駆動電圧を励起光源のしきい値以下に制御する。
【０００３】
また、特許文献２には、光の励起により光増幅作用を示す光導波路を用いた光増幅システムが記載されている。この光増幅システムでは、光信号が光導波路内に入力されていないときは、励起光が光導波路内に供給されず、光信号が光導波路内に入力されたときに、励起光が光導波路内に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９５７６８号公報
【特許文献２】特許第２６５１０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えばピコ秒からフェムト秒程度のパルス幅を有する超短パルス光を増幅する光増幅装置として、再生増幅器がある。再生増幅器は、光増幅媒質を光路上に含む共振器内部に超短パルス光を閉じ込め、一定時間後に、光増幅媒質により増幅された超短パルス光を共振器から取り出すものである。
【０００６】
通常、このような再生増幅器においては、共振器内部に超短パルス光をタイミング良く閉じ込め、取り出すための仕組みが必要となる。この仕組みのために用いられるのが、結晶の電気光学効果によって超短パルス光の偏光状態を変化させる、ポッケルスセル等の光学部品である。このような光学部品と偏光ビームスプリッタとを共振器内の光路上に配置し、種光（シードレーザ）の入力タイミングに同期して電圧を印加すると、共振器内に導入された種光の偏光が回転し、共振器内部に閉じ込められる。また、一定時間後に再び電圧を印加すると、光増幅媒質により増幅された超短パルス光の偏光が回転し、偏光ビームスプリッタを介して取り出される。
【０００７】
しかしながら、シードレーザの入力タイミングに同期して電圧を印加するためのトリガ信号が、再生増幅器の動作中に何らかの原因（停電、シードレーザのモードロックが外れる等）によって得られなくなることが想定される。このような場合、トリガ信号が得られなくなった直後に、共振器内部の光増幅媒質やポッケルスセル等の光学部品が損傷するおそれがある。現在、再生増幅器においてこのような現象を防ぐ手段は存在しない。
【０００８】
なお、特許文献１に記載された装置のように、光増幅媒質への励起光の強度を低下させることにより光学部品等の損傷を回避する方式には、次の問題がある。まず、励起光源に注入されている電力は大きいので、これを短時間で遮断する回路は大規模になり高コストとなる。また、機械的なシャッタによって励起光を遮断する方式では、シャッタの動作が遅いので、例えば希土類元素が添加された光ファイバを用いたシングルパス方式の光増幅装置では有効であっても、共振器内部に光増幅媒質を配置した再生増幅方式の光増幅装置の場合には、励起光の強度が十分に低下する前に光学部品等が損傷してしまう可能性が高い。また、光学的なシャッタは高コストであり、且つシャッタに励起エネルギが集中するので放熱対策が必要となり、装置が大型化してしまう。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、再生増幅器の動作中にトリガ信号が得られなくなった場合に、光増幅媒質等の損傷を簡易な構成によって防ぐことが可能な光増幅装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明による光増幅装置は、（ａ）パルス光を共振させる光共振器、該光共振器の共振光路上に配置されパルス光を光増幅する光増幅媒質、及び、一定期間に亘って光共振器内において光増幅されたパルス光を光共振器の外部へ取り出す光取り出し手段を含む光増幅部と、（ｂ）光増幅媒質に励起エネルギを供給するエネルギ供給部と、（ｃ）パルス状の種光を周期的に光増幅部へ提供する種光源とを備える。光取り出し手段は、共振光路上に設けられ、電気光学効果によってパルス光の偏光状態を制御する光変調部と、共振光路上に設けられ、パルス光をその偏光状態に応じて選択的に反射または透過する偏光ビームスプリッタとを含む。また、この光増幅装置は、（ｄ）光変調部に駆動電圧を供給する電圧供給部と、（ｅ）光増幅部への種光の入力タイミングに同期して駆動電圧を出力させるための制御信号を電圧供給部に与える駆動制御部とを更に備える。駆動制御部は、種光に同期したトリガ信号から制御信号を生成するとともに、トリガ信号の異常を検知した際に、所定の周期で又は連続して駆動電圧を出力させるための代替信号を制御信号に代えて電圧供給部に与える。
【００１１】
この光増幅装置は、（ａ）光増幅媒質及び光取り出し手段を含む光増幅器と、（ｂ）エネルギ供給部と、（ｃ）種光源とを備えることにより、再生増幅器を構成している。そして、この光増幅装置は、更に、（ｄ）光変調部に駆動電圧を供給する電圧供給部と、（ｅ）種光に同期したトリガ信号から制御信号を生成する駆動制御部とを備える。このような構成において、トリガ信号が再生増幅動作中に何らかの原因によって得られなくなると、その直後に、光増幅媒質や光変調部が損傷するおそれがある。
【００１２】
トリガ信号が得られなくなった場合における光増幅媒質等の損傷の原因としては、様々な理由が考えられるが、主に、光増幅媒質に対して励起が継続されながら、共振器内に蓄積されたエネルギの吐き出し先がない状態で、被増幅光が増幅され続けるためと考えられる。そこで、この光増幅装置では、駆動制御部が、トリガ信号の異常を検知した際に、制御信号に代わる代替信号を電圧供給部に与える。この代替信号によって、電圧供給部は、所定の周期で、又は連続して駆動電圧を出力する。これにより、光変調部が所定の周期で又は連続して動作し、共振器内部でエネルギが蓄積された被増幅光を、光学部品等が損傷する前に共振器外に吐き出すことができる。このように、上記光増幅装置によれば、再生増幅器の動作中にトリガ信号が得られなくなった場合であっても、光増幅媒質等の損傷を簡易な構成によって効果的に防ぐことができる。
【００１３】
また、光増幅装置は、駆動制御部が、トリガ信号から制御信号を生成する制御信号生成回路と、トリガ信号の異常を検知する異常検知回路と、異常検知回路がトリガ信号の異常を検知した際に、トリガ信号に代わる代替トリガ信号を制御信号生成回路に与える第１の代替回路とを含み、制御信号生成回路は、代替トリガ信号から代替信号を生成することを特徴としてもよい。これにより、上述した駆動制御部を好適に実現できる。また、この場合、第１の代替回路は、正常時におけるトリガ信号と概ね同じ周期を有する代替トリガ信号を制御信号生成回路に与えることが好ましい。或いは、第１の代替回路は、正常時におけるトリガ信号よりも短い周期を有する代替トリガ信号を制御信号生成回路に与えてもよい。
【００１４】
また、光増幅装置は、駆動制御部が、トリガ信号から制御信号を生成する制御信号生成回路と、トリガ信号の異常を検知する異常検知回路と、異常検知回路がトリガ信号の異常を検知した際に、制御信号に代えて代替信号を電圧供給部へ出力する第２の代替回路とを含むことを特徴としてもよい。これにより、上述した駆動制御部を好適に実現できる。また、この場合、第２の代替回路は、所定の周期を有する代替信号を電圧供給部へ出力することが好ましい。
【００１５】
また、光増幅装置は、光増幅部が、パルス光を内部に入力して繰り返し内部反射させた後に出力する透明媒質を共振光路上に更に含むことを特徴としてもよい。これにより、狭い空間内であっても光共振器の光路長を長くとれるので、光増幅装置を小型化できる。
【００１６】
また、光増幅装置は、異常検知回路が、トリガ信号に含まれる直流成分が所定の閾値を下回ったときに、トリガ信号が異常であると判断することを特徴としてもよい。これにより、トリガ信号の異常を好適に判断できる。
【００１７】
また、光増幅装置は、光取り出し手段によって取り出されたパルス光のパルス幅を圧縮するパルス幅圧縮部を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、光増幅装置から出力される被増幅光のピークパワーを高めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による光増幅装置によれば、再生増幅器の動作中にトリガ信号が得られなくなった場合に、光増幅媒質等の損傷を簡易な構成によって防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る光増幅装置の構成図である。
【図２】（ａ），（ｂ）パルス幅圧縮部の構成例を示す図である。
【図３】駆動制御部の内部構成を示すブロック図である。
【図４】トリガ異常検知回路を好適に実現するための回路構成例を示す図である。
【図５】図４に示したトリガ異常検知回路を具体化した回路の一例を示す図である。
【図６】ローパスフィルタ回路の好適な減衰特性の一例である。
【図７】トリガ切替回路を好適に実現するための回路構成例を示す論理回路図である。
【図８】一変形例による駆動制御部の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光増幅装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る光増幅装置１の構成図である。本実施形態に係る光増幅装置１は、光増幅部１０と、エネルギ供給部３０と、パルス幅伸張部４０と、パルス幅圧縮部５０と、シードレーザ（種光源）６０と、電圧供給部７０と、駆動制御部８０とを備える。光増幅部１０は、光増幅媒質１１、透明媒質１２、ミラー１３１〜１３４及び光取り出し手段２１を含む。
【００２２】
ミラー１３１は、被増幅光としてのパルス光を反射させ、かつエネルギ供給部３０から出力される励起光を通過させる分光透過特性を有する。ミラー１３２は、パルス光の一部を通過させ、残部を反射させる。ミラー１３１及びミラー１３２は、ファブリペロ型の光共振器を構成する。この光共振器は、被増幅光としてのパルス光を共振させる。光増幅媒質１１は、この光共振器の共振光路上に配置され、励起光の供給を受けて、パルス光を増幅する。エネルギ供給部３０は、光増幅媒質１１に励起エネルギ（例えば励起光）を供給する。
【００２３】
このように、光共振器をもつ構造にすることによって、光を蓄積することができる。この場合、光増幅装置１は、光共振器内でレーザ発振が起きることによって、レーザ光を発生させることが可能なレーザ発振機能を有する構成となる。例えば、光増幅媒質１１として、レーザー媒質と呼ばれるＨｅ−Ｎｅなどの気体、色素などを溶解した液体、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ等の固体を用いることができる。
【００２４】
ミラー１３１及びミラー１３２の間の共振光路上には、透明媒質１２、光取り出し手段２１、ミラー１３３及び１３４が更に配置されている。ミラー１３３及び１３４は、パルス光を反射させるものであり、透明媒質１２に張り付けられるか、または透明媒質１２にミラーを蒸着することにより構成され、透明媒質１２内でパルス光をジグザグに伝播させる。
【００２５】
透明媒質１２は、パルス光を内部に入力して繰り返し内部反射させた後に出力する光学部品である。透明媒質１２は、その内部でパルス光をジグザグに伝播させることができる。空気より屈折率の高い透明媒質１２内で多重反射させることによって、限られた空間で被増幅光が伝播する光路長を長くすることができる。したがって、空気中で同様の距離を被増幅光が伝播する構成をとる場合と比べて、透明媒質１２中をパルス光が伝播することで、安定に小型化を実現することができる。全反射条件を満たす角度でパルス光を伝播させることによって、透明媒質１２の界面にミラーを形成せずに同様の作用を実現することも可能である。
【００２６】
光取り出し手段２１は、一定期間に亘って光共振器内において光増幅されたパルス光を光共振器の外部へ取り出す。なお、本実施形態の光取り出し手段２１は、光共振器の外部のシードレーザ６０からパルス状の種光を共振光路内に取り込む光取り込み手段としての機能も有する。本実施形態の光取り出し手段２１は、波長板１４１及び１４３、光変調部１５１、偏光ビームスプリッタ１６１及び１６３、並びにファラデローテータ１７０を含む。
【００２７】
波長板１４１、光変調部１５１及び偏光ビームスプリッタ１６１は、光増幅部１０の光共振器の共振光路上に設けられている。波長板１４３及びファラデローテータ１７０は、偏光ビームスプリッタ１６１と偏光ビームスプリッタ１６３との間に設けられている。光変調部１５１は、パルス光の偏光状態を制御するものであって、電気光学効果を有する光学結晶（例えばポッケルスセル）を用いることができる。偏光ビームスプリッタ１６１及び１６３は、パルス光をその偏光状態に応じて選択的に反射または透過する。光取り出し手段２１は、光変調部１５１によりパルス光の偏光状態を制御することで、或るタイミングでシードレーザ６０からの種光を光増幅部１０の光共振器内に取り込み、その後は、この種光を基にしたパルス光を光増幅部１０の光共振器内で往復させる。また、光取り出し手段２１は、光を取り込んでから一定時間経過した後の或るタイミングで、光変調部１５１によりパルス光の偏光状態を元に戻すことにより、そのパルス光を光共振器の外部へ取り出す。これにより、種光と同等な質であって且つエネルギの大きな増幅光を生成することが可能であり、光を増幅するための再生増幅機能を好適に実現することができる。
【００２８】
シードレーザ６０は、光共振器の共振光路における光の往復時間より短いパルス幅を有するパルス状の種光を周期的に光増幅部１０へ提供する。この種光は、光増幅媒質１１において光増幅され得る波長のものである。シードレーザ６０としては、例えばモードロックファイバレーザ光源が好適である。
【００２９】
パルス幅伸張部４０は、シードレーザ６０からのパルス状の種光のパルス幅を伸長して、その伸長後の種光を光増幅部１０の光共振器に入力させる。高強度パルス光による光学部品の損傷を抑えるため、パルス幅伸張部４０により時間的に引き伸ばされた種光が光増幅部１０内に取り込まれる。例えば、パルス幅伸張部４０として、光ファイバなどの分散媒質が用いられ、また、回折格子やプリズムなどの波長分散素子も利用される。ここで、透明媒質１２として分散媒質であるものを用いれば、この透明媒質１２は、パルス幅伸張部と同様の機能を有するので、パルス幅伸張部４０を省略することもできる。
【００３０】
パルス幅圧縮部５０は、光増幅部１０から光増幅されて出力されるパルス光のパルス幅を圧縮して、その圧縮後のパルス光を出力する。このパルス幅圧縮部５０から出力されるパルス光は、ピークパワーが高いものとなる。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、パルス幅圧縮部５０の構成例を示す図である。
【００３１】
図２（ａ）に示されるパルス幅圧縮部５０ａは、折り返しミラー５１及び反射型回折格子５２１、５２２を含む。折り返しミラー５１は、各々の反射面が互いに９０度となるように２枚の平面ミラーが組み合わされたもので、入射した光を一方の平面ミラーで反射させた後に他方の平面ミラーで反射させて出射することができる。この折り返しミラー５１への入射光及び出射光それぞれの光路は、互いに平行であるが、互いに異なる。このパルス幅圧縮部５０ａに入力された光は、反射型回折格子５２１により分光され、反射型回折格子５２２により各波長成分が互いに平行にされ、折り返しミラー５１により光路を折り返され、反射型回折格子５２２により各波長成分が反射型回折格子５２１に集光され、反射型回折格子５２１により合波されて出力される。このような構成のパルス幅圧縮部５０ａを用いれば、パルス光に対して実効的に負の群速度分散を与えることができる。
【００３２】
図２（ｂ）に示されるパルス幅圧縮部５０ｂは、折り返しミラー５１及び透過型回折格子５３１、５３２を含む。このパルス幅圧縮部５０ｂに入力された光は、透過型回折格子５３１により分光され、透過型回折格子５３２により各波長成分が互いに平行にされ、折り返しミラー５１により光路を折り返され、透過型回折格子５３２により各波長成分が透過型回折格子５３１に集光され、透過型回折格子５３１により合波されて出力される。このような構成のパルス幅圧縮部５０ｂを用いれば、パルス光に対して実効的に負の群速度分散を与えることができる。また、パルス幅圧縮部５０ｂでは、透過型回折格子を用いるので、反射型回折格子のように表面に金などの高反射コーティングを施す必要がない。
【００３３】
電圧供給部７０は、光取り出し手段２１の光変調部１５１に対し、光の偏光状態を制御するための駆動電圧Ｖｄを供給する。電圧供給部７０は、光取り出し手段２１がシードレーザ６０からの種光をタイミング良く取り込むために、シードレーザ６０が種光を出力した（すなわち、光増幅部１０に種光が入力した）タイミングに同期した制御信号Ｓｃを駆動制御部８０から受け、この制御信号Ｓｃに応じたタイミングで駆動電圧Ｖｄを出力する。駆動電圧Ｖｄは、例えば種光の繰り返し周波数である数十メガヘルツが分周された数キロヘルツないし数百キロヘルツの繰り返し周波数を有する、例えば電圧４ｋＶ程度といった高電圧のものである。
【００３４】
駆動制御部８０は、種光の出力タイミングに同期したトリガ信号をシードレーザ６０から受ける。なお、トリガ信号は、例えば、シードレーザ６０から出力される種光の一部を光検出器等によって光電変換することにより得られる。駆動制御部８０は、このトリガ信号に基づいて、光増幅部１０への種光の入力タイミングに同期して駆動電圧Ｖｄを出力させるための制御信号Ｓｃを生成し、電圧供給部７０に与える。また、駆動制御部８０は、停電や、シードレーザ６０のモードロックが外れる等といった何らかの原因によってトリガ信号が遮断等された場合に、そのようなトリガ信号の異常を検知する。駆動制御部８０は、トリガ信号の異常を検知すると、制御信号Ｓｃに代わる代替信号Ｓｃｄを電圧供給部７０に与える。この代替信号Ｓｃｄは、正常時の駆動電圧Ｖｄの周期に相当する所定の周期でもって、電圧供給部７０から駆動電圧Ｖｄを出力させるための信号である。或いは、この代替信号Ｓｃｄは、電圧供給部７０から駆動電圧Ｖｄを連続して（すなわちＤＣ電圧を）出力させるための信号であってもよい。
【００３５】
ここで、図３は、駆動制御部８０の内部構成を示すブロック図である。図３には、駆動制御部８０の他、光増幅部１０の光増幅媒質１１及び光変調部（ポッケルスセル）１５１、並びにシードレーザ６０が示されている。
【００３６】
図３に示すように、本実施形態の駆動制御部８０は、トリガ異常検知回路８１と、信号処理部８２と、代替トリガ信号源８３と、トリガ切替回路８４とを含む。トリガ異常検知回路８１は、本実施形態における異常検知回路であって、シードレーザ６０から提供されるトリガ信号Ｓｔの異常（遮断等）を検知する。トリガ異常検知回路８１は、トリガ信号Ｓｔの異常を検知すると、その旨を示す異常検知信号Ｓａをトリガ切替回路８４へ送る。
【００３７】
代替トリガ信号源８３及びトリガ切替回路８４は、本実施形態における第１の代替回路である。代替トリガ信号源８３は、トリガ信号Ｓｔに代わる代替トリガ信号Ｓｔｄを生成する。この代替トリガ信号Ｓｔｄは、正常時におけるトリガ信号Ｓｔと概ね同じ周期を有する信号であることが好ましい。また、代替トリガ信号Ｓｔｄの周期は、正常時におけるトリガ信号Ｓｔと概ね同じ周期に限られず、例えば正常時におけるトリガ信号Ｓｔの周期の約２倍の周期や、或いは一桁長い周期であってもよい。或いは、代替トリガ信号Ｓｔｄの周期は、正常時におけるトリガ信号Ｓｔの周期より短くてもよい。或いは、代替トリガ信号Ｓｔｄは、連続する信号（すなわちＤＣ信号）であってもよい。トリガ切替回路８４は、正常時においてはトリガ信号Ｓｔを信号処理部８２へ出力する。また、トリガ切替回路８４は、トリガ異常検知回路８１からの異常検知信号Ｓａによってトリガ信号Ｓｔの異常が知らされた場合に、代替トリガ信号源８３からの代替トリガ信号Ｓｔｄをトリガ信号Ｓｔに代えて信号処理部８２へ出力する。
【００３８】
信号処理部８２は、本実施形態における制御信号生成回路である。信号処理部８２は、トリガ信号Ｓｔが入力された場合には、トリガ信号Ｓｔから制御信号Ｓｃを生成する。また、信号処理部８２は、代替トリガ信号Ｓｔｄが入力された場合には、代替トリガ信号Ｓｔｄから代替信号Ｓｃｄを生成する。この信号処理部８２は、例えば分周回路や遅延制御回路等によって構成される。この信号処理部８２によって、制御信号Ｓｃ及び代替信号Ｓｃｄは、トリガ信号Ｓｔの繰り返し周波数（数十メガヘルツ程度）が分周された数キロヘルツないし数百キロヘルツ程度の繰り返し周波数を有するものとなる。
【００３９】
図４は、トリガ異常検知回路８１を好適に実現するための回路構成例を示す図である。図４に示すトリガ異常検知回路８１は、ローパスフィルタ回路１８１と、二値化回路１８２とを含む。ローパスフィルタ回路１８１の入力端には、トリガ信号Ｓｔが入力される。いま、シードレーザ６０から出力される種光の繰り返し周波数をｆとすると、この種光の一部を光電変換して得られる信号には、ｆの整数倍の周波数成分（ｆ、２ｆ、３ｆ、・・・）に加え、直流（ＤＣ）成分が含まれる。そこで、図４に示すトリガ異常検知回路８１では、ＤＣ成分の有無を検出することにより、トリガ信号Ｓｔの異常（遮断等）を検知する。
【００４０】
ローパスフィルタ回路１８１としては、周波数ｆの電気信号を十分に減衰させることができる遮断周波数をもつフィルタが好適である。このローパスフィルタ回路１８１を通過する信号はトリガ信号Ｓｔに含まれるＤＣ成分のみであり、トリガ信号Ｓｔが遮断された場合、ローパスフィルタ回路１８１からの出力は、ローパスフィルタ回路１８１の帯域に応じた時定数でもってゼロに近づく。このローパスフィルタ回路１８１からの出力を、二値化回路１８２によって二値化する。すなわち、ローパスフィルタ回路１８１からの出力が或る閾値を上回る場合には、二値化回路１８２は論理レベルのハイ（Ｈｉｇｈ）を出力し、閾値を下回った場合には、論理レベルのロー（Ｌｏｗ）を出力する。このとき、ハイレベルの信号はトリガ信号Ｓｔが正常であることを意味し、ローレベルの信号はトリガ信号Ｓｔに遮断等の異常が生じたことを意味する。トリガ異常検知回路８１は、二値化回路１８２から出力された信号を、異常検知信号Ｓａとしてトリガ切替回路８４（図３参照）に提供する。なお、トリガ異常検知回路の異常検出方式は、上述したＤＣ成分の検出による方式に限られず、例えば高次周波数成分を抽出して検波する等、様々な方式を適用可能である。
【００４１】
図５は、図４に示したトリガ異常検知回路８１を具体化した回路の一例を示す図である。図５に示すように、ローパスフィルタ回路１８１は、トリガ信号Ｓｔの信号経路上に配置されたインダクタＬと、該信号経路と基準電位線（ＧＮＤ）との間に接続されたキャパシタＣ１，Ｃ２とによって好適に構成される。また、二値化回路１８２は、コンパレータ１８２ａと、閾値電圧生成部１８２ｂとによって好適に構成される。コンパレータ１８２ａの非反転入力端子には、ローパスフィルタ回路１８１を通過したトリガ信号Ｓｔが入力される。コンパレータ１８２ａの反転入力端子には、閾値電圧生成部１８２ｂによって生成された閾値電圧Ｖ０が入力される。閾値電圧生成部１８２ｂは、電源電位線Ｖｃｃと基準電位線（ＧＮＤ）との間に接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧により、閾値電圧Ｖ０を生成する。
【００４２】
図６は、ローパスフィルタ回路１８１の好適な減衰特性の一例である。トリガ信号Ｓｔの繰り返し周波数が例えば４０ＭＨｚである場合、この４０ＭＨｚの周波数帯が十分に減衰するようにカットオフ周波数を設定することが好ましい。但し、カットオフ周波数を低くし過ぎると、トリガ信号に異常が生じてから異常検知信号Ｓａがトリガ異常検知回路８１から出力されるまでの時間が長くなってしまう。そこで、図６に示す例では、カットオフ周波数を２ＭＨｚとし、４０ＭＨｚでの減衰が−６０ｄＢとなるように設定している。
【００４３】
図７は、トリガ切替回路８４を好適に実現するための回路構成例を示す論理回路図である。図７に示すトリガ切替回路８４では、入力されたトリガ信号Ｓｔは一方のＡＮＤ回路１８５に入力され、代替トリガ信号Ｓｔｄは他方のＡＮＤ回路１８６に入力される。また、一方のＡＮＤ回路１８５には異常検知信号Ｓａが入力され、他方のＡＮＤ回路１８６には異常検知信号Ｓａの論理がＮＯＴ回路１８７によって反転された信号が入力される。異常検知信号Ｓａの論理がハイレベルである場合、ＡＮＤ回路１８５からトリガ信号Ｓｔが出力される。また、異常検知信号Ｓａの論理がローレベルである場合、ＡＮＤ回路１８６から代替トリガ信号Ｓｔｄが出力される。二つのＡＮＤ回路１８５，１８６の各出力端はＯＲ回路１８８に接続されており、このＯＲ回路１８８から、トリガ信号Ｓｔまたは代替トリガ信号Ｓｔｄが信号処理部８２へ出力される。
【００４４】
以上の構成を備える光増幅装置１では、シードレーザ６０から、数十メガヘルツ程度の繰り返し周波数でもってパルス状の種光が出力される。同時に、この種光に基づくトリガ信号Ｓｔが駆動制御部８０に入力される。そして、数キロヘルツないし数百キロヘルツに分周された制御信号Ｓｃが駆動制御部８０から電圧供給部７０へ送られ、この制御信号Ｓｃのタイミングに合わせて電圧供給部７０から駆動電圧Ｖｄが出力される。光増幅部１０は、この駆動電圧Ｖｄが光変調部１５１に印加されているときのみ、光共振器として動作する。また、駆動電圧Ｖｄが光変調部１５１に印加されていないときは、エネルギ供給部３０からの励起光によって光増幅媒質１１にエネルギが蓄積される。
【００４５】
種光を光増幅部１０の光共振器内に取り込むべきタイミングで、光変調部１５１に駆動電圧Ｖｄを印加する。これにより、種光が光共振器内に取り込まれる。種光は共振しながら光増幅媒質１１のエネルギを吸収し、徐々に増幅してピークパワーが高められたパルス光となる。パルス光が十分に増幅された一定期間の後、光変調部１５１への駆動電圧Ｖｄの印加が停止される。これにより、パルス光が光共振器から取り出される。
【００４６】
以上に説明した光増幅装置１による効果について、従来の再生増幅器における問題点と共に説明する。光共振器の内部に光増幅媒体を含む構造の再生増幅器においては、種光の入力タイミングに同期して駆動電圧を印加するためのトリガ信号が、何らかの原因によって得られなくなる場合がある。種光が入力されているにも関わらずトリガ信号が得られなくなる場合とは、例えば次のような場合が想定される。
【００４７】
（１）種光を発生するシードレーザのモード同期が外れた場合
種光として好適なフェムト秒レーザ光を発生させるシードレーザとして、光共振器内の非線形性を利用して自動的にパルス発振させるものがある。このような光源において、何らかの原因（例えば、環境温度の変化、励起用レーザのパワーの低下、光軸ずれによるレーザ共振条件の不安定化、共振器内の光学素子の劣化など）により、パルス発振が前触れなく停止することがある。このような場合、連続光としてのレーザ光は出力されるが、パルス光ではないのでトリガ信号は得られなくなる。
【００４８】
（２）光検出器の光軸ずれ
シードレーザから出力された種光の一部を分岐して光検出器へ入射させることにより、トリガ信号を好適に得ることができる。しかし、光検出器への入射光軸がずれると、出力レベルが低下してトリガ信号が得られなくなる場合がある。
【００４９】
（３）光検出器への電源供給の停止
例えば、光検出器が電池によって動作している場合、電池の消耗による光検出器の出力低下によってトリガ信号が得られなくなることがある。
【００５０】
（４）トリガ信号線の断線や接触不良
トリガ信号を伝搬する配線の断線や接触不良などによって、トリガ信号が得られなくなる場合がある。
【００５１】
このようにトリガ信号が得られなくなった場合、その直後に、光共振器内部の光増幅媒質やポッケルスセル等の光変調部が損傷するおそれがある。すなわち、光共振器を有する光増幅装置においては、光共振器の中にパルス光が閉じ込められ、このパルス光が光共振器内部を幾度も往復して十分に増幅された後に取り出される。従って、トリガ信号が得られなくなって光変調部が動作できなくなると、光増幅媒質に対して励起が継続されながら、光共振器内に蓄積されたエネルギの吐き出し先がない状態で、パルス光が増幅され続ける。そして、過度に増幅されたパルス光が光増幅媒質や光変調部を何度も通過するため、光増幅媒質や光変調部が損傷してしまう。
【００５２】
なお、光増幅媒質として希土類添加光ファイバを用いた光増幅装置では、光ファイバの長さによって十分な利得が得られるので、被増幅光が光増幅媒質を一度通過するのみである。このような構成の光増幅装置では、上述したようなトリガ信号の異常による問題は発生しない。
【００５３】
従来の再生増幅器における上述した問題点に対し、この光増幅装置１は、光取り出し手段２１の光変調部１５１に駆動電圧Ｖｄを供給する電圧供給部７０と、種光に同期したトリガ信号Ｓｔから制御信号Ｓｃを生成する駆動制御部８０とを備える。そして、この光増幅装置１では、駆動制御部８０が、トリガ信号Ｓｔの異常を検知した際に、制御信号Ｓｃに代わる代替信号Ｓｃｄを電圧供給部７０に与える。この代替信号Ｓｃｄによって、電圧供給部７０は、所定の周期で、又は連続して駆動電圧Ｖｄを出力する。これにより、光変調部１５１が所定の周期で又は連続して動作し、光共振器内部でエネルギが蓄積されたパルス光を、光増幅媒質１１や光変調部１５１が損傷する前に光共振器外に吐き出すことができる。このように、本実施形態の光増幅装置１によれば、再生増幅器の動作中にトリガ信号Ｓｔを得られなくなった場合であっても、光増幅媒質１１等の損傷を効果的に防ぐことができる。
【００５４】
また、本実施形態の光増幅装置１によれば、駆動制御部８０のトリガ異常検知回路８１（回路の例は図５を参照）や、トリガ切替回路８４（回路の例は図７を参照）といった簡易な回路によって、上記効果を得ることができる。したがって、特許文献１に記載された装置のような、光増幅媒質への励起光の強度を低下させることにより光学部品等の損傷を回避する方式と比較して、光増幅装置１を低コストで製造でき、且つ小型化が可能となる。
【００５５】
また、再生増幅器における上述した問題は、種光を入力しない状態、すなわちキャビティダンプ動作時においても生じる。本実施形態の光増幅装置１によれば、キャビティダンプ動作時においても光増幅媒質１１等の損傷を効果的に防ぐことができる。
【００５６】
なお、特許文献２には、光信号が入力されていないときにダミー信号光を入力することが記載されている。しかし、本実施形態の光増幅装置のように光共振構造を有する再生増幅器では、ダミー信号光を入力しても上述した問題点を解決することはできない。すなわち、ダミー信号光を光共振器内に導くためには光共振器への光路を開く手段が必要となるが、再生増幅器はそのような手段を元々有しており、且つ、光路を開くためのトリガ信号が必要となる。本実施形態の光増幅装置１は、そのトリガ信号を提供するための構成を備えるものである。特許文献２に記載された装置では、光増幅媒質として高い利得が得られる希土類添加光ファイバを用いているので、蓄積されたエネルギを吐き出すためにダミー信号光が必要となる。しかし、本実施形態に係る光増幅装置１は、蓄積されたエネルギを、光共振構造を解消することにより光共振器の外部へ吐き出す。したがって、その際にダミー信号光を必要としない。
【００５７】
（変形例）
続いて、上記実施形態に係る駆動制御部８０の変形例について説明する。図８は、本変形例による駆動制御部９０の内部構成を示すブロック図である。なお、図８には、駆動制御部９０の他、光増幅部１０の光増幅媒質１１及び光変調部（ポッケルスセル）１５１、並びにシードレーザ６０が示されている。
【００５８】
図８に示すように、駆動制御部９０は、トリガ異常検知回路９１と、信号処理部９２と、代替信号源９３と、制御信号切替回路９４とを含む。トリガ異常検知回路９１は、本変形例における異常検知回路であって、シードレーザ６０から提供されるトリガ信号Ｓｔの異常（遮断等）を検知する。トリガ異常検知回路９１は、トリガ信号Ｓｔの異常を検知すると、その旨を示す異常検知信号Ｓａを制御信号切替回路９４へ送る。なお、トリガ異常検知回路９１の好適な内部構成は、上記実施形態のトリガ異常検知回路８１と同様である。
【００５９】
信号処理部９２は、本変形例における制御信号生成回路である。信号処理部９２は、トリガ信号Ｓｔを入力し、トリガ信号Ｓｔから制御信号Ｓｃを生成する。この信号処理部９２は、例えば分周回路や遅延制御回路等によって構成される。この信号処理部９２によって、制御信号Ｓｃは、トリガ信号Ｓｔの繰り返し周波数（数十メガヘルツ程度）が分周された数キロヘルツないし数百キロヘルツ程度の繰り返し周波数を有するものとなる。
【００６０】
代替信号源９３及び制御信号切替回路９４は、本実施形態における第２の代替回路である。代替信号源９３は、制御信号Ｓｃに代わる代替信号Ｓｃｄを生成する。この代替信号Ｓｃｄは、正常時における制御信号Ｓｃと概ね同じ所定の周期を有するか、または正常時における制御信号Ｓｃの周期より長い周期（例えば、制御信号Ｓｃの周期の約２倍、或いは一桁長い周期）を有する信号であることが好ましい。或いは、代替信号Ｓｃｄの周期は、正常時における制御信号Ｓｃの周期より短くてもよい。或いは、代替信号Ｓｃｄは、連続する信号（すなわちＤＣ信号）であってもよい。制御信号切替回路９４は、正常時においては制御信号Ｓｃを電圧供給部７０へ出力する。また、制御信号切替回路９４は、トリガ異常検知回路９１からの異常検知信号Ｓａによってトリガ信号Ｓｔの異常が知らされた場合に、代替信号源９３からの代替信号Ｓｃｄを制御信号Ｓｃに代えて電圧供給部７０へ出力する。なお、制御信号切替回路９４の好適な内部構成は、上記実施形態のトリガ切替回路８４と同様である。
【００６１】
本発明による光増幅装置は、上記実施形態及び変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では光変調部としてポッケルスセルを例示したが、電気光学効果によってパルス光の偏光状態を制御できるものであれば、これに限られず様々なものを適用できる。
【００６２】
また、上記実施形態では、光取り出し手段が、種光を共振光路内に取り込む光取り込み手段を兼ねる構成を示したが、光取り出し手段と光取り込み手段とは別個に設けられても良い。その場合、光取り込み手段は光取り出し手段と同様の構成によって実現可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１…光増幅装置、１０…光増幅部、１１…光増幅媒質、１２…透明媒質、２１…光取り出し手段、３０…エネルギ供給部、４０…パルス幅伸張部、５０…パルス幅圧縮部、６０…シードレーザ、７０…電圧供給部、８０，９０…駆動制御部、８１，９１…トリガ異常検知回路、８２，９２…信号処理部、８３…代替トリガ信号源、８４…トリガ切替回路、９３…代替信号源、９４…制御信号切替回路、１３１〜１３４…ミラー、１４１，１４３…波長板、１５１…光変調部、１６１，１６３…偏光ビームスプリッタ、１７０…ファラデローテータ、１８１…ローパスフィルタ回路、１８２…二値化回路、１８２ａ…コンパレータ、１８２ｂ…閾値電圧生成部、Ｓａ…異常検知信号、Ｓｃ…制御信号、Ｓｃｄ…代替信号、Ｓｔ…トリガ信号、Ｓｔｄ…代替トリガ信号、Ｖｄ…駆動電圧。
【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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