(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号パルスを受信して圧縮し、そこで圧縮された信号パルスを発生するファイバーを使用する圧縮器と、
該圧縮された信号パルスを受信して周波数チャープを補償することでさらに圧縮するチャープ準位相同期（ＱＰＭ：Quasi-Phase-Matched）結晶と、
を有することを特徴とするチャープパルス圧縮装置。
【請求項２】
前記ファイバーを使用する圧縮器は、チャープ・ブラッグ格子をもつ、
請求項１記載のチャープパルス圧縮装置。
【請求項３】
チャープブラッグ格子とチャープされた準位相同期結晶との間の経路に、さらに少なくとも一つの半波長板を持つ、
請求項２記載のチャープパルス圧縮装置。
【請求項４】
前記チャープ・ブラッグ格子は、チャープ・ファイバー格子をもつ、
請求項２記載のチャープパルス圧縮装置。
【請求項５】
前記ファイバーを使用とする圧縮器は、非線形圧縮器をもつ、
請求項１記載のチャープパルス圧縮装置。
【請求項６】
前記ファイバーを使用する圧縮器は、分散ファイバー圧縮器をもつ、
請求項５記載のチャープパルス圧縮装置。
【請求項７】
前記信号パルスを前記ファイバーを使用する圧縮器に直接導き、該ファイバーを使用する圧縮器からの前記圧縮された信号パルスを受け、そして前記圧縮された信号パルスを前記チャープ準位相同期結晶に導くビーム結合装置をさらにもつ、
請求項１記載のチャープパルス圧縮装置。
【請求項８】
前記チャープ準位相同期結晶により受信された前記圧縮されたパルスは基本波であり、さらに圧縮された第二高調波パルスが前記チャープ準位相同期結晶により発生する、
請求項１記載のチャープパルス圧縮装置。
【請求項９】
光パルスを受けて増幅しそれによって増幅されたパルスを発生する増幅器と、
該増幅されたパルスを受けて圧縮しそれによって圧縮されたパルスを発生するファイバーを使用する圧縮器と、
該圧縮されたパルスを受けて周波数チャープを補償することで更に圧縮するチャープ準位相同期結晶と、
を有することを特徴とするチャープパルス増幅装置。
【請求項１０】
前記増幅器に入力される前に、前記光パルスを受けて伸張する伸張器をさらにもつ、
請求項９記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項１１】
前記伸張器と前記増幅器との間に群速度分散を補償する分散制御素子を有する、
請求項１０記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項１２】
前記伸張器に入力される前に、前記光パルスを受けて増幅する非線形増幅器をさらに有する、
請求項１１記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項１３】
前記ファイバーを使用する圧縮器は、チャープ格子をもち、
前記伸張器は、チャープ格子をもつ、
請求項１０記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項１４】
前記光パルスを発生するパルス源をさらにもつ、
請求項１０記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項１５】
前記増幅器は、ファイバー増幅器である、
請求項９記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項１６】
前記増幅器は、多段のファイバー増幅器である、
請求項９記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項１７】
前記増幅器によって受けられた前記光パルスは、チャープパルスであり、
該チャープパルスを発生するパルス源をさらに有する、
請求項９記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項１８】
前記パルス源は、波長可変レーザーダイオードである、
請求項１７記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項１９】
前記ファイバーを使用する圧縮器は、前記増幅されたパルスが該圧縮器内を往復するようにダブルパス配置で配設されている、
請求項９記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項２０】
前記ファイバーを使用する圧縮器に前記信号パルスを直接導き、該ファイバーを使用する圧縮器からの前記圧縮された信号パルスを受け、そして該圧縮された信号パルスを前記チャープ準位相同期結晶に導くビーム結合装置（ＢＣＡ）をさらに有する、
請求項１９記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項２１】
チャープ格子と、
入力信号パルスを該チャープ格子に導き、該チャープ格子によって伸張された信号パルスを受け、出力端で伸張されたパルスを供給する第一のビーム結合装置と、
該伸張されたパルスを受けて増幅し、増幅パルスを発生する増幅器と、
該増幅パルスを受けて該増幅されたパルスを該チャープ格子に導き、該チャープ格子で圧縮された信号パルスを受け、出力端で圧縮されたパルスを供給する第二のビーム結合装置と、
該圧縮されたパルスを受けて周波数チャープを補償することで更に圧縮するチャープ準位相同期結晶と、
を有することを特徴とするチャープパルス増幅装置。
【請求項２２】
前記第一のビーム結合装置と前記増幅器との間に挿入された群速度分散を補償する分散制御素子をさらに有する、
請求項２１記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項２３】
前記第一のビーム結合装置に入力される前に、前記信号パルスを増幅する非線形増幅器をさらに有する、
請求項２１記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項２４】
チャープパルスを発生するパルス源と、
該チャープパルスを受けて増幅し、増幅されたパルスを発生する増幅器と、
該増幅されたパルスを受けて圧縮し、圧縮された信号パルスを発生するファイバーを使用する圧縮器と、
該圧縮された信号パルスを受けて周波数チャープを補償することで更に圧縮するチャープ準位相同期結晶と、
を有することを特徴とするチャープパルス増幅装置。
【請求項２５】
前記ファイバーを使用する圧縮器は、前記増幅されたパルスが該圧縮器内を往復するようにダブルパス配置で配設されている、
請求項２４記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項２６】
前記ファイバーを使用する圧縮器に前記信号パルスを導き、該ファイバーを使用する圧縮器からの前記圧縮された信号パルスを受けて、該圧縮された信号パルスを前記チャープ位相同期結晶に導くビーム結合装置をさらに有する、
請求項２５記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項２７】
超短パルスを発生するパルス源と、
該超短パルスを伸張し、伸張されたパルスを発生するファイバーを使用する伸張器と、
該伸張されたパルスを受けて増幅し、増幅されたパルスを発生する増幅器と、
該増幅されたパルスを受けて周波数チャープを補償することで圧縮するチャープ準位相同期結晶と、
を有することを特徴とするチャープパルス増幅装置。
【請求項２８】
前記増幅器と前記チャープ準位相同期結晶との間に挿入され、該チャープ準位相同期結晶に入力される前に前記増幅されたパルスを受けて再圧縮する圧縮器をさらに有する、
請求項２７記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項２９】
前記圧縮器は、非線形圧縮器をもつ、
請求項２８記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項３０】
前記パルス源と前記ファイバーを使用する伸張器との間に、非線形増幅器をさらに有する、
請求項２７記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項３１】
前記超短パルスが前記ファイバーを使用する伸張器に達する前に前記増幅器を一度通過し、該ファイバーを使用する伸張器で伸張された後に再び該増幅器を通過するように、該増幅器は前記パルス源と該ファイバーを使用する伸張器との間に挿入されたダブルパス増幅器である、
請求項２７記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項３２】
前記増幅器と前記ファイバーを使用する伸張器との間に挿入されたファラデー回転子をさらに有する、
請求項３１記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項３３】
超短パルスの発生源と、
該超短パルスを受けて増幅し、増幅されたパルスを発生する非線形増幅器と、
該増幅されたパルスを受けて周波数チャープを補償することで圧縮するチャープ準位相同期結晶と、
を有することを特徴とするチャープパルス増幅装置。
【請求項３４】
前記非線形増幅器は、ファイバー増幅器である、
請求項３３記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項３５】
光パルスを受けて増幅し、増幅されたパルスを発生するファイバー増幅器と、
該増幅されたパルスを受けて圧縮し、圧縮されたパルスを発生する圧縮器と、
該圧縮されたパルスを受けて周波数チャープを補償することでさらに圧縮するチャープ準位相同期結晶と、
を有することを特徴とするチャープパルス増幅装置。
【請求項３６】
前記ファイバー増幅器に入力される前に、前記光パルスを受けて伸張する伸張器をさらに有する、
請求項３５記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項３７】
前記伸張器と前記ファイバー増幅器との間に挿入された群速度分散を補償する分散制御素子をさらに有する、
請求項３６記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項３８】
前記伸張器に入力される前に、前記光パルスを受けて増幅する非線形増幅器をさらに有する、
請求項３７記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項３９】
前記圧縮器は、チャープ格子圧縮器をもち、
前記伸張器は、チャープ格子伸張器をもつ、
請求項３６記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項４０】
前記光パルスを発生する光源をさらに有する、
請求項３６記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項４１】
前記圧縮器は、ファイバー増幅器である、
請求項３５記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項４２】
前記ファイバー増幅器は、多段ファイバー増幅器である、
請求項３５記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項４３】
前記ファイバー増幅器が受ける前記光パルスは、チャープパルスであり、
該チャープパルスを発生するパルス源をさらに有する、
請求項３５記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項４４】
前記パルス源は、波長可変レーザーダイオードである、
請求項４３記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項４５】
前記圧縮器は、前記増幅されたパルスが該圧縮器内を往復するようにダブルパス配置で配設されている、
請求項３５記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項４６】
前記信号パルスを前記圧縮器に導き、該圧縮器からの圧縮された信号パルスを受けて、該圧縮された信号パルスを前記チャープ準位相同期結晶に導くビーム結合装置をさらに有する、
請求項４５記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項４７】
チャープパルスを発生するパルス源と、
増幅されたパルスを発生するために、該チャープパルスを受けて増幅するファイバー増幅器と、
圧縮された信号パルスを発生するために、該増幅されたパルスを受けて圧縮する圧縮器と、
該圧縮された信号パルスを受けて周波数チャープを補償することで圧縮するチャープ準位相同期結晶と、
を有することを特徴とするチャープパルス増幅装置。
【請求項４８】
前記圧縮器は、前記増幅されたパルスが該圧縮器内を往復するようにダブルパス配置で配設されている、
請求項４７記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項４９】
前記信号パルスを前記圧縮器に導き、該圧縮器からの前記圧縮された信号パルスを受けて前記チャープ準位相同期結晶に導くビーム結合装置をさらに有する、
請求項４８記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項５０】
超短パルスを発生するパルス源と、
伸張パルスを発生するために、該超短パルスを伸張する伸張器と、
増幅されたパルスを発生するために、該伸張されたパルスを受けて増幅するファイバー増幅器と、
該増幅された信号パルスを受けて周波数チャープを補償することで圧縮するチャープ準位相同期結晶と、
を有することを特徴とするチャープパルス増幅装置。
【請求項５１】
前記ファイバー増幅器と前記チャープ準位相同期結晶との間に挿入され、前記チャープ準位相同期結晶に入力する前の前記増幅されたパルスを受けて予備圧縮をする圧縮器をさらに有する、
請求項５０記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項５２】
前記圧縮器は、非線形圧縮器をもつ、
請求項５１記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項５３】
前記パルス源と前記伸張器との間に挿入された非線形増幅器をさらに有する、
請求項５０記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項５４】
前記ファイバー増幅器は、前記超短パルスが前記伸張器に達する前に該ファイバー増幅器を一度通過し、該超短パルスが該伸張器で伸張された後に再び通過するように、該パルス源と該伸張器との間に挿入されたダブルパス増幅器である、
請求項５０記載のチャープパルス増幅装置。
【請求項５５】
前記ファイバー増幅器と前記伸張器との間に挿入されたファラデー回転子をさらに有する、
請求項５４記載のチャープパルス増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザパルス技術の技術分野に属し、特にチャープパルス圧縮装置およびチャープパルス増幅装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
チャープパルス増幅は、光増幅器から最大の超短パルスを得るための一般的な方法である。（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｏｆ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｕｌｓｅｓ，  Ｄ．  Ｓｔｒｉｃｋｌａｎｄ  ａｎｄ  Ｇ．Ｍｏｕｒｏ，Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．５６，２１９  （１９８５）  を参照）。特殊な増幅媒質における最大のパルスエネルギーは、飽和光子束によって決定される。しかし、伝播する超短光パルスに対しては、受容できない高いピーク強度は増幅媒質の飽和光子束以下の光子束である。それ故、増幅媒質の主成分に対して、増幅前に超短パルスを伸張することが必要である。初期の超短持続時間は、伸張されたパルスを再圧縮することにより、増幅した後蓄積されなければならない。チャープパルス増幅をすれば、増幅時のパルス強度を減少させ、超短パルスの非線形の乱れを避けることが出来る。
【０００３】
希土類元素をドープしたファイバー増幅器は、例外的な技術的利点を持った増幅媒質の一つの例である。ファイバーに基づくレーザーまたは増幅器は、レーザーダイオードによって直接ポンピングすることが出来る。それゆえ、小型で丈夫な装置とすることが出来る。Ｅｒをドープしたシングルモード・ファイバーにおける飽和値は、１０〜１００μＪの範囲のエネルギーを持った光パルスである。しかし、Ｅｒをドープしたファイバーによって、サブピコ秒の光パルスを直接増幅しようとすると、大約ｎＪレベル以上のエネルギーにのみに限られる。ファイバーの全ての利点を引き出すためには、増幅前に光パルスの幅を大約０．１〜１ｎｓか、それ以上に伸張することが必要である。
【０００４】
チャープパルスを増幅する従来の方法では、メイン（Ｐ．Ｍａｉｎｅ）の論文“Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ，ＩＥＥＥ  Ｊ，  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔ．  Ｖｏｌ．  ２４，  Ｎｏ．２，  Ｆｅｂ．  １９８８．”に述べられているように、回折格子による超短パルス伸張器と圧縮器とが用いられていた。これらの回折格子の装置は高エネルギーパルスに対して特に有効である。なぜなら回折格子は光による損傷を受けず、また、非常に大きいパルス強度に対する非線型効果にも不感であるからである。１Ｊ以上のエネルギーを持つ超短パルスの再圧縮は、このようなパルス圧縮器で行われる。回折格子を使った伸張器および圧縮器の欠点は、装置が大型になることである。ナノ秒またはそれ以上の幅に伸張されたパルスに対する回折格子による装置は、数ｍにもなる。典型的な最も小型な装置でも、数１０ｃｍである。更に、パルスの位相を厳密に補償するためには格子を非常に精密に調整する必要がある。この操作は簡単な仕事ではない。調整が必要であるということは、このような装置は大量生産には向かない事を意味する。
【０００５】
チャープブラッグ格子によるパルスの伸張器および圧縮器は、最近、小型なバルクの回折格子に置き代えることが提唱されている（米国特許第５４９９１３４号を参照のこと、なお同特許は以後特許’１３４と略記）。チャープ格子は直接、光学ファイバーの芯に書き込むことが出来る。チャープ・ファイバーブラッグ格子を備えた非常に小型な装置は、回折格子を使った装置に比べてより長く伸張したパルスを出射することが出来る。チャープ・ファイバー格子の長さＬは伸張パルスの幅Δτに直接関係する。すなわち、Δτ＝２Ｌ／Ｖｇ（パルスと格子の空間幅は完全に重畳するとする）である。ここでＶｇは格子ファイバー中の光の群速度である。例えば、ナノ秒に伸張されたパルスは１０ｃｍのファイバー格子で得られる。このようなチャープ・ファイバー・ブラッグ格子はファイバーによる増幅技術と完全に両立し、小型な全フィバー・チャープ・パルス増幅装置にすることができる（Ａ．  Ｇａｌｖａｎａｕｓｋａｓ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｌｌ−ｆｉｂｅｒ  Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．  ６６  （９），  ２７  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  １９５５  参照）。ファイバー格子装置の一つの技術的な長所は半導体回路技術と同様、位相マスク技術を使うことにより、比較的低価格で多量生産が出来ることである。
【０００６】
チャープファイバー格子圧縮器は、光学ファイバーによる直接増幅より、本質的に高エネルギーの出力パルスを得ることが出来る。ファイバー格子は標準のファイバーに比べ、２〜４桁も大きい分散がある。従って、回折格子における再圧縮パルスの伝播距離は増幅用ファイバー中より短く、そして、本質的に、より大きい尖頭値で非線型効果が起こる。
【０００７】
しかし、ファイバー格子圧縮器から得られるエネルギーは、回折格子による圧縮器に比べて限界がある。ファイバー格子圧縮器に基づくチャープパルス増幅（ＣＰＡ）装置は、最大１００ｎＪのエネルギーしか処理することができない。これは、ファイバー増幅器の飽和光子束の１００分の１以下である。それ故、ファイバー圧縮器を使うことによっては、ファイバー増幅器の性能を十分に活用していない。
【０００８】
高エネルギーパルスを利用することが欠かせない多くの応用例がある。その一つの例は、波長可変出力装置として広く使われているＣＰＡ原理による光パラメトリック発生装置のファイバー増幅器である。光のパラメトリックな発生は、ある閾値を超えた励起エネルギーでのみ実現される。その閾値とは、通常、ファイバー格子圧縮器で射出できる値よりは大きい。このエネルギー的な要請のため、回折格子圧縮器を使わざるをえず、これが上述した理由で欠点となる。
【０００９】
これに対する一つの解決策は、大きな光束を処理でき、したがって非線形効果の限界を除くことができるバルクのチャープブラッグ回折格子を使うことであろう。しかし、この装置は、ブラッグ格子の必要とする特性を大容量な光感受性材料に書き込むための本質的な技術的問題が原因で、まだ実現されていない。
部分的な解決策は、１９９５年５月１９日出願の米国特許出願第０８／４４５２８７号に開示されている。回折格子圧縮器を使う不利な点は、若し混成回路が使われると、部分的にしか解決されないことである。米国特許出願第０８／４４５２８７号での記載では、ファイバーＣＰＡ装置はファイバー格子伸張器と圧縮器とから成り、付属の回折格子圧縮器はファイバー格子圧縮器に直接接続されている。ファイバー格子圧縮器の機能は、回折格子圧縮器の大きさを小さくするために増幅されたパルスを圧縮することと、ファイバー格子圧縮器の非線形限界を避けることとにある。この設計の一つの欠点は、回折格子装置の大きさと配置とが、単に縮小されているだけで、取り除かれていないことである。他の欠点は、二つの圧縮器を通った後のパルスエネルギーの損失が大きいことである。もし、パルス圧縮（例えば、ポンピングと光学的パラメトリックな生成のために）の後に、第２高調波を発生させるような周波数変換が必要であるならば、これらの損失は増加する。
【００１０】
チャープで準位相同期結晶（ＱＰＭ）では、チャープを補償し、周波数を変換する能力は、結晶の二つの鍵となる特性に基づいている。第一の特性は、典型的な非線形材料であり、これは基本波波長のパルスと第二高調波のパルスの群速度が、同じ伝播路で異なっているもので、これら二つのパルス間で一時的な消去が起こることである。第二の特性は、チャープされたＱＰＭ結晶では、種々の入力波長に対する第二高調波は、パルスの伝播路に沿った種々の空間位置に局在して発生することである。結果的に、基本波長にバンド幅が限定されたパルスがこのような結晶に送り出され、周波数チャープを持った第二高調波パルスが発生する。この第二高調波（ＳＨ）のパルスの幅ΔＴは、群速度の消失の大きさによって決定される。すなわち、ΔＴ＝Ｌ／ＶＳＨ−Ｌ／ＶＦｕｎｄであり、ここで、Ｌは結晶の長さ、ＶＳＨ，ＶＦｕｎｄはそれぞれ第二高調波、基本波の群速度である。ＳＨパルスの周波数バンド幅ΔＶはＱＰＭの時間幅変化（ＱＰＭチャープバンド幅）の大きさによって与えられる。光学的パルスに等価な周波数チャープは、ΔＴ／ΔＶに等しい群速度の分散によって作り出すことができる。特記すべきことは、伝播の相対する二方向から発生する第二高調波のパルスの周波数チャープは互いに逆の符号を持つことである。
【００１１】
しかし、ＱＰＭ結晶を、従来のパルス伸張器や圧縮器として、直接置き換えることは出来ない。一つの本質的な相違は、（非線形材料のわずかな本質的な分散を無視すれば）ＱＰＭ結晶には実際の群速度分散がないことである。それ故、  ＣＰＡ設計の道具に対しては必要であるが、基本波パルスを伸張することは出来ない。また、群速度が消失する値が限られるため、また、技術的にＱＰＭ結晶の長さが限られるために、ＳＨパルスに関する伸張パルスの補償量は、ファイバー格子または回折格子圧縮器でなし得るより本質的に小さい。
【００１２】
Ａｒｂｏｒｅらは、結晶長さに沿ってチャープされたＱＰＭの時間幅を持った準位相同期（ＱＰＭ）第二高調波発生器（ＳＨＧ）が、効果的に、第二高調波の波長における群速度の分散をすることが出来ることを明らかにした。この性質のため、基本波入力パルスに対して、第二高調波の発生と、第二高調波の出力の一時的な伸張と圧縮を同時に処理できる独特なデバイスを作ることが出来る。
【００１３】
Ａ．Ｇａｌｖａｎａｕｓｋａｓ，  Ｍ．Ａｒｂｏｒｅ，  Ｍ．ＦｅｊｅｒおよびＤ．Ｈａｒｔｅｒらは、ＣＰＡ装置において、チャープされたＱＰＭ素子の利用を明らかにしている。本提案は、ファイバーを基本とする装置において、チャープされたＱＰＭ素子の利用に関するものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、最終的な圧縮器素子として、チャープされた周期の準位相同期する結晶を使うことにより、ファイバー格子圧縮器から得られる再圧縮されたパルスのピーク強さとエネルギーに関する、上述の限界を避けることである。このことにより、伸張器／圧縮器の配置の小型化をそのまま生かしつつ、チャープされたパルスの増幅装置から得られ、周波数変換され、再圧縮されたパルスのエネルギーは本質的に増加することになる。
【００１５】
バンド幅の限界か、限界に近い持続時間をもつ第二高調波パルスを得るために、ファイバー増幅器から得られる基本波長パルスの線形と非線形の周波数チャープをともに補償するチャープされた周期の準位相同期する材料を使うことが、本発明の更なる目的である。このことにより、ファイバーチャープパルス増幅装置で起こる種々の問題（伸張器と圧縮器との間の位相ずれ、またはファイバー増幅器における非線形変調などが原因となって発振器から発生する非線形チャープを補正することなど）を回避することが出来る。また、任意のチャープを補償する能力により、より短い第二高調波パルスを得るための非線形のスペクトル伸張技術が開発でき、そして限られた増幅バンド幅により起こる限界を軽減できる。
【００１６】
本発明のもう一つの目的は、パルス増幅装置の設計と製作における公差と不確定性を許容するため、チャープＱＰＭ結晶の調整可能な位相特性を実現することである。また、このように調整が可能であることにより、パルス持続時間を最も短くするための正確なチャープ補償をすることができる。ＱＰＭ構造が二次元である有利性によって、このような調整をすることが出来る。このことは本質的に一次元であるファイバー格子圧縮器と対照的である。
【００１７】
従来よりもっと小型で、丈夫で、簡単なパルス増幅装置にすることが出来るチャープＱＰＭ結晶を使うことが、本発明の次の目的である。
また、最大のエネルギーを生成し、増幅出力を圧縮し、周波数変換するとき、パルスの性質と持続時間の損失を最少にするため、チャープＱＰＭ結晶を用いることが、本発明のまたの目的でもある。
【００１８】
発明の目的は、結合した圧縮器を用いることにより達成できる。この結合した圧縮器は、チャープ格子圧縮器とチャープＱＰＭ結晶とから構成されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のチャープパルス圧縮装置およびチャープパルス増幅装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１にしたがったチャープ格子圧縮器とチャープＱＰＭ結晶との組み合わせは、図１に示されている。伸張された基本波（ＦＨ）パルスは、ビーム結合装置（ＢＣＡ）１０に入射する。そこで入射波とチャープブラッグ格子２０からの反射波とは分離される。図１に示した例では、ＢＣＡ１０は、偏光ビーム分離器（ＰＢＳ）１２とファラデー回転子（ＦＲ）１４と半波長板（λ／２）とから構成される。図１の例では、他の半波長板（λ／２）３０は、ＢＣＡ１０とチャープＱＰＭ結晶４０との間の光路に置かれている。図１の例で、半波長板１６，３０は、格子２０とＱＰＭ素子４０とにそれぞれ正確に偏光を入射するために使われている。半波長板１６，３０によって、この実施例は容易に実施することが出来る。しかし基本的なものではない。
【００２０】
ＢＣＡ１０に入力される伸張された光学的パルスは、最初、チャープブラッグ格子２０に送り込まれる。入力伸張パルスの幅とチャープブラッグ格子２０の分散とは、格子におけるパルスの圧縮が不完全であるように選ばれる。チャープブラッグ格子２０の出力におけるパルスは、完全な圧縮に比較して、低いパルスピーク強さを持つ。したがって、パルスエネルギーの非線形効果の限界が緩和される。
【００２１】
部分的に再圧縮されたパルスは、ＢＣＡ１０を通ってチャープＱＰＭ結晶に送られる。第二高調波の発生と第二高調波（ＳＨ）出力の圧縮が同時に、チャープＱＰＭ結晶４０で行われる。若し、格子圧縮器２０からの基本波波長パルスの他のチャープが、チャープＱＰＭ結晶４０の設計された位相特性に正確に同期するならば、バンド幅が限定されたＳＨ出力が得られる。
【００２２】
一般的に、チャープ・ブラッグ格子２０はバルク格子である。しかし、図１に例示するように結合された圧縮器は、チャープブラッグ格子２０がチャープファイバー格子であるならば、特に有利な点がある。
ファイバー格子圧縮器からの圧縮パルスのエネルギーに関する限界を、図２に示す。１ｃｍ、２ｃｍおよび１０ｃｍ長さのチャープファイバー格子に対する反射率は、無次元パラメータΓの関数として図示されている。パルスピーク強度Ｉ０  とファイバー格子長さＬとの積は、無次元パラメータ  Γ＝４πｎ２ＬＩ０  ／λＡｅｆｆ  に含まれる。ここで、Ａｅｆｆ  はファイバーの芯の面積、ｎ２  はファイバーのカー指数、λは波長である。この図は、格子長さとパルスピーク強度とに関する大きさの法則を現わしている。非線形の乱れが、Γ＞１００における三つ曲線に対して認められる。ここで、三つの格子全ての反射能は、Γの増加とともに減少する。
【００２３】
図２に示すように、三つの曲線全ては低いΓ値で重なる。非線形の乱れの閾値（Γ≒１０）において、得られるピーク強度、したがってエネルギーは、格子長さおよび再圧縮パルスピーク強度と一次の関係にあることを示している。例えば、標準的なファイバーにおける１０ｃｍ格子では、５０ｎＪ以上のエネルギーを持った乱れの無い５００ｆｓのパルスが得られる。２ｃｍ格子では５倍大きいパルスエネルギーが得られる。同じ尺度は、パルス幅にも同様に適用できることが明らかである。５ｐｓのパルスに対する非線型効果の閾値におけるパルスエネルギーは、５００ｆｓに対するより約１０倍大きい。この解析により、ファイバー格子を適当な長さに選び、十分長いチャープＱＰＭ結晶を用いることにより、再圧縮ＳＨパルスエネルギーは数マイクロジュールになることが明らかになった。本発明から得られる大きな利点である一つの応用は、フェムト秒パルスの波長の可変範囲が広い、ファイバーから成る小型な光学的パラメトリック発生装置である。
【００２４】
チャープＱＰＭ結晶における材料の第三高調波光の非線形に起因する位相の乱れは、限界が無いことに注意する必要がある。第一に、第二次の高調波光の非線形性は、第三次の非線形に比べて非常に多い。第二に、非線形結晶における過剰なピーク強度は、結晶中でビームを単純に広げることにより、避けることが出来る。
非線形チャープを補償するためにチャープＱＰＭ結晶を用いることの利点は、擬似的に位相が同期する周期がブラグ格子の周期より長いという事実からもたらされる。ブラッグ格子周期ΛＢ  は、材料の屈折率ｎできまり、２ｎΛＢ  ＝λである。周期的な分極を持つＱＰＭ材料における領域反転周期ΛＱＰＭ  は、基本波と第二高調波との波長の屈折率の差Δｎにより、２ΔｎΛＱＰＭ＝λ  の関係で決定される。このために、これらの周期の間に二桁の大きさの違いが生ずる。例えば、ガラスファイバー中の１５５０ｎｍにおけるブラッグ周期は約５００ｎｍで、一方、１５５０ｎｍで第二高調波を発生するリチウムナイオベートに対するＱＰＭ周期は約２０μｍである。このような格子を書き込む精度に関しては、写真製版上の限界があるから、任意のチャープブラッグ格子を設計することには技術的能力の限界がある。これに対して、任意のチャープＱＰＭ格子は、標準的なリソグラフィー技術を使って容易に作ることが出来る。
【００２５】
［実施例２］
本発明の実施例２を実施する方法は、図３に示されている。実施例２によれば、基本波長におけるパルスには、共に伸張と圧縮とがなされている。実施例２の装置には、超短光パルスの光源（図示されていない）、チャープ格子の伸張器／圧縮器２２、分散制御用の素子２５、光増幅器５０、チャープ格子の伸張器／圧縮器２２における入射ビームと反射ビームとを分離する光路に配置された種々の光学素子、それにチャープＱＰＭ素子などが含まれている。光学的増幅器５０は、好ましくはファイバー増幅器で、一段または数段から構成されている。
【００２６】
図３に示されている装置は、チャープＱＰＭ素子４０を除いて、前述した特許‘１３４でに記述したものと同じ構図である。光学的部品をここに示した構図およびそれらの配置に選んだ基準は、前述の‘１３４特許に詳述されている。実施例２の増幅装置には、単一の伸張器／圧縮器格子２２または二つの分離した格子（一つはパルスの伸張用、一つは圧縮用）を含むことができる。格子は、好ましくはチャープファイバー格子である。
【００２７】
分散制御は、例えば、群速度分散の正の符号を持った分散補償ファイバーで行われる。しかし、‘１３４特許で明らかにされた装置とは対照的に、本発明の実施例２における分散制御素子２５として、分散補償ファイバーが使われるとき、ファイバーによって、全システムの零ではない正味の分散が設定される。この零ではない正味の分散は、格子伸張器／圧縮器２２の出力において、伸張されたパルスチャープの小さく制御可能な量を生成するのに必要である。この残余のチャープは、チャープＱＰＭ結晶４０の作用によって、第二高調波の波長において、完全にまたは部分的に補償される。または、必要とされる残りのチャープは、伸張器および圧縮器の格子の位相特性の不一致の結果から発生する（すなわち、チャープブラッグ格子２２が二つに分離された格子から成るとき）。
【００２８】
入射波と反射波との分離は、構成要素を変えることによって行うことが出来る。構成要素は、５０：５０の光スプリッタ、光回転子、およびファラデー回転子を持つ偏光スプリッタなどである。図３の例示は、チャープ・ブラッグ格子伸張器／圧縮器２２の伸張器側に、偏光スプリッタ１２Ａとファラデー回転子１４Ａと半波長板１６Ａとを使用し、また、チャープ・ブラッグ格子伸張器／圧縮器２２の圧縮側には、偏光スプリッタ１２Ｂとファラデー回転子１４Ｂと半波長板１６Ｂとを使っている。
【００２９】
図３の配置の特長は、同じ格子２２が伸張器と圧縮器ともに使われていることである。格子２２の不完全性（すなわち、格子周期の不規則あるいは格子２２に沿った屈折率の変化）は反射パルスの質に影響する。しかし、もし、伸張と再圧縮に同じ格子が使われるならば、縦の不整は打ち消される。そして、再圧縮されたパルスの歪は最小になる。
【００３０】
本発明の結合された圧縮器の技術的な魅力は、ファイバー格子伸張器／圧縮器２２とチャープＱＰＭ素子４０とが、光学的印刷技術を使って大量生産出来ることである。
チャープの準位相同期された非線形素子４０を作るには材料を変えることが適当である。高エネルギーにするには、ウエーブガイド素子よりむしろバルク結晶を使う方が良い。バルク結晶には、ビームの大きさの制限が無く、またウエーブガイドへの結合損失も無いからである。しかし、伝播モードの閉じ込めのため、比較的低い入力ピーク強度で高い変換効率が得られるときは、低いパルスエネルギーにおいてはウエーブガイドが適当である。非線形結晶としては、たとえば、周期的に分極を示すリチウムナイオベート（ＰＰＬＮ）、周期的にポーリングされるリチウムタンタレート（ＰＰＬＴ）、または、周期的にポーリングされる強誘電材料を挙げることが出来る。同様な性質をもつ他の材料をも、使うことが出来る。
【００３１】
図３に示すように、伸張器と圧縮器との両方を使うことは、ファイバー増幅器からの最大のパルスエネルギーを得るためには、基本的なことであることを強調しなければならない。前に説明したように、増幅の限界となる飽和光子束は、少なくとも１００ピコ秒の持続時間を持つ伸張パルスを必要とする。いずれのチャープＱＰＭ結晶でも、このような大きなチャープを補償を出来そうもない。これは群速度の不一致の大きな量とＱＰＭ結晶の長さとが、非現実的な値になるからである。それ故、圧縮器を使うことにより、基本波長パルスのチャープを、困難を伴わずに、実用的なＱＰＭ材料を使って補償できるレベルまで下げることができる。
【００３２】
［実施例３］
図４に示す本発明の実施例３では、パルス伸張器は使われていない。図４の増幅器の構成の詳細（チャープＱＰＭ部品は省いてある）は、前述の‘１３４特許に述べられている。波長可変レーザーダイオード７０は、エネルギーを限定する飽和光子束までに増幅するに適合する特性を持ったチャープされた広いバンド幅パルスを、直接出すことが出来る。伸張されたパルスは、増幅器５０に入力され、そして増幅されたパルスは、偏光ビームスプリッタ１２Ｃを通って、チャープブラッグ圧縮器に入力される。チャープブラッグ圧縮器２５からの出力は、ＰＢＳ１２ＣによってＱＰＭ素子４０の方向に変向される。
［実施例４］
本発明の実施例４は、図５に示されている。実施例４によれば、格子圧縮器の段階は共に省略されている。増幅に先立って、発振器５で発生するパルスは伸張器２６で基本波長において少しだけ伸張される。ファイバー格子伸張器を使うことが出来るときは、伸張には極く少量のみが必要であるので、伸張器として標準ファイバーの切片を使うことが好ましい。かくして簡単で、安価な装置となる。増幅器５０で増幅されたのち、伸張器２６で行われる伸張はチャープＱＰＭ素子４０で補償される。伸張の正確な量は二つの目標の間の背反関係を考慮して決められる。すなわち、増幅器において、非線形な位相の乱れを避けるのに、十分低い光パルスのピーク強度を持ち、そして、第二高調波の変換効率が十分に達成されるほどのパルスの出力強度があることである。実験結果から、約５００Ｗ〜１ｋＷのピーク強度をもつ伸張されたパルスであれば、ファイバー増幅器と、固体ＱＰＭ材料としてＰＰＬＮを使っても、両方とも満足されることが明らかになった。
【００３３】
他の方法としては、パルス発振器（すなわち、モード固定のファイバーレーザー）を、わずかにチャープした光パルスを直接発生する発振器５として使うことができ、これによって伸張器２６の必要性はなくなる。圧縮された第二高調波パルスは、増幅パルスを直接、チャープＱＰＭ素子４０中に発射することにより生成される。上記に議論した理由のため、この代替法では、最大の飽和光子束がパルスエネルギーを限定することは出来ない。しかし、この構想によれば、ファイバー増幅器（チャープパルス増幅器に頼ることなく）から直接得ることができるエネルギーを超えるエネルギーを持った超短パルスを発生することが出来る。
【００３４】
フェムト秒から数ピコ秒へ伸張されたパルスの幅は、単一のＱＰＭ結晶で補償されうるので、図５に示した装置では、ナノジュールの１０倍以上のエネルギーが得られる。この装置の利点は、圧縮段階が無いので、増幅器の構成は図３に示すものより、更に小型で簡略になる。このことは、或る種の応用に対しては、パルスエネルギーの限界が重要になる。また、圧縮器と第二高調波発生作用とが単一素子に結合されたときに、全体の効率は増加する。付加したパルス圧縮器に常に付きまとう付加的なエネルギー損失は、実施例４の装置では完全に除かれる。
【００３５】
［実施例５］
図６に示す本発明の実施例５によれば、非線形圧縮器２７は、増幅器５０とチャープＱＰＭ素子４０との間に置かれている。非線形圧縮器２７は、そのスペクトルを拡げることによってより短いパルスを発生する。チャープＱＰＭ素子の周波数変換バンド幅は、任意の大きさにされうるので、このようにスペクトルを拡げることは有利である。
【００３６】
典型的には、パルスバンド幅と、したがって、その持続時間は線形ファイバー増幅器の利得バンド幅によって限定される。パルスバンド幅を広げる通常の方法は、自己位相変調、ソリトン圧縮、誘導ラマン散乱などのような非線形効果を採用することである。これはバルク、またはウエーブガイド構造（光学的なファイバーまたは中空のウエーブガイド）を使うことで実現できる。一般に、図３、図４および図６に示す三つのうちいずれの実施例においても、非線形圧縮器２７をチャープＱＰＭ素子の前に直接置くことが出来る。しかし、このような非線形要素として光学的ファイバーを使うことは、技術的に有利である。典型的には、ファイバーはナノジュールからその数十倍までのエネルギー規模において、制御可能な非線形効果を得るのに使われる。それ故、図６の例では、非線形要素としてファイバーを使うのが特に有利である。図６での通常の出力は、ナノジュールから数十ナノジュールのエネルギー範囲である。
【００３７】
非線形要素の後に、チャープＱＰＭを使うのに、明らかに区別できる二つのモードがある。非線形要素が正の分散ファイバーを構成していれば、それはスペクトル的に広がった伸張されたパルスを発生する。ファイバーと入力パルスのパラメータとを適当に選ぶことにより、誘起されるチャープは本質的に線形と成り得る。このチャープは、ＱＰＭ素子４０において、第二高調波が発生している間に補償される。この場合、チャープＱＰＭ結晶の位相特性は、スペクトル的に、かつ、一時的に伸張された基本波パルスの線形パルスのみを補償するように設計されなければならない。
【００３８】
図７は、本発明の考えによる装置から得られた実験結果である。図７には、１５６０ｎｍの初期パルスと、最終的に７８０ｎｍに圧縮されたパルスとの、自己相関軌跡を示す。初期の基本波パルスは８００ｆｓの持続時間であり、第二高調波出力は１００ｆｓまで圧縮されている。ファイバー発振器から得られる初期に約４ｎｍのバンド幅のパルスは、伸張され、Ｅｒドープファイバーで増幅され、再圧縮され、その後に、１５６０ｎｍにおいてスペクトル的な広がりが３０ｎｍのパルスを作るために、正分散長さのファイバーに入射される。スペクトル的に拡げられたパルスはチャープＰＰＬＮ結晶で圧縮され周波数逓倍される。そのセットアップは、図３では付加される非線形圧縮ファイバーが、チャープＱＰＭ素子の直前に置かれる。
【００３９】
もし、負分散ファイバーがスペクトルを拡げるのに使われるならば、その出力は、典型的に、圧縮パルスであり（例えばソリトン）、多分、可成りの量の非線形周波数チャープを持っている。更に、パルスエネルギーが十分高ければ、分散距離よりも短い距離でスペクトルの拡がりが効果的に起こる。非線形ファイバー増幅器は、正および負の分散効果を除くのに十分な短さに作ることが出来る。かくして、スペクトルを拡げることのみが行われる。このことにより、高度な非線形チャープが産み出される。ＱＰＭ結晶は、スペクトル的に広げられた基本波パルスのこの非線形周波数チャープを補償するように設計されなければならない。
【００４０】
一般的に、上記のことは、明細書に更に述べるように、本発明に使われる非線形スペクトル拡張素子の種類によって異なってくる。全ての場合に、チャープＱＰＭ結晶は、第二高調波パルスの質を高める付加的な作用をすることは特記すべきである。非線型効果による典型的な結果である低強度の基盤と翼状の広がりとは、非線形チャープの補償とＳＨＧ過程の「浄化（クリーニング）」作用によって除くことが出来る。
【００４１】
［実施例６］
図３および図４に示される位置にあるファイバー格子圧縮器それ自身は、非線形素子として役目を果たすことが出来る。これは、非線形効果が制御出来るエネルギー範囲を拡大することになる。前に述べたように、ファイバー格子に対してこれらのエネルギーは、標準的なファイバーにおけるより本質的に大きい。更に、そのエネルギーは、格子長さの尺度をもっている。非線形ファイバー格子圧縮器の種々の長さに対して、１００ｎＪ〜１μＪの範囲のパルスが得られる。更に、最高のエネルギーを実現する装置を最適化するため、二つのファイバー格子圧縮器を使うことは有利であろう。第一のものは長い物で、線形圧縮器として役に立つ。そして、第二のものは、非線形圧縮器として役立つ短い物である。
【００４２】
図８は、本発明の実施例６にしたがった一般的な配置を示したものである。この例では、線形パルス伸張器も線形圧縮器も使われていない。基本的には、この装置はパルス源（発振器５）、非線形増幅器５５、それにチャープＱＰＭ素子４０のみから成る。この例でのエネルギーは、ナノジュールの範囲に限られている。このような非線形素子（分散の大きさと符号に依存）の種々の動作モードと、それに続く、ＱＰＭ素子による線形、非線形チャープの補償とに関する上記の議論は、非線形ファイバー増幅器にも適用できる。図８の例の第一の利点は、究極的な簡単化である。パルスエネルギーに関する限界にも関わらず、それはより高いパルスエネルギーを発生することが出来る構成であるが、複雑さが避けられ、大きさも小さくなる有利さを持っている。
【００４３】
［実施例７，８］
図９および図１０に示される本発明の実施例７および実施例８によれば、それぞれの装置には、非線形ファイバー増幅器が線形増幅段の前に配置されている。このような構成は、スペクトルの拡張（パルスの短縮）と高いパルスエネルギーを実現できる。図９に示される第７の実施例では、非線形増幅器５５は正の分散ファイバー５６から構成されている。発振器５から直接入射されたパルスは、続いて正の分散ファイバー５６における非線形効果によって、スペクトルが拡張される。スペクトル的に拡げられたパルスは、それから光学的伸張器２８により伸張され、線形増幅器６０に入射し、さらにパルスエネルギーが増加する。
【００４４】
二つの増幅段の間に挿入された選択可能な伸張器２８は、例えば正の分散ファイバーの切片か、あるいはチャープ・ファイバー格子である。この付加的な伸張器は、正分散ファイバー５６が用いられれば、付加することは随意である。そして、それ自体はパルスエネルギーを更に増加させるのに役立つ。負分散、或いは短い非線形増幅器をこの構成に用いることが出来るが、この場合、二つの増幅段の間の伸張器は必要な部品である。
【００４５】
増幅されたパルスは、チャープＱＰＭ素子４０に導かれる。ここで誘導されたチャープは、第二高調波の発生によって補償される。
図１０に示される実施例８では、非線形増幅段５５は完全なＣＰＡ増幅段８０に繋がっている。特に、ＣＰＡ増幅器８０は非線形増幅器５５とＱＰＭ素子４０との間に挿入される。例えば、ＣＰＡ増幅器８０は、図３に示した配置と同じである。図１０に示した構成では、非線形素子５５からのパルス出力は、チャープブラッグ格子２２の中で伸張され、ファイバー増幅器５８で増幅され、さらにチャープブラッグ格子２２で線形に圧縮され、ＱＰＭ素子４０に入射されるので、精密な非線形増幅器５５には顕著な役割はない（負か正かのいずれか、または分散長さより短い長さで）。
【００４６】
図９に示した実施例７に重ねて図１０に示した実施例８の主な利点は、ファイバー増幅器５８の飽和光束限界以上のエネルギーを実現する可能性があることである。
図９および図１０に示した構成は、それぞれ図１１および図１２に示したようなもっと経済的な二重経路の構成（変形態様）に置き換えることが出来る。図１１および図１２に示した構成の鍵となる利点は、単一の増幅器が非線形要素として、またＣＰＡ配置の線形増幅器として、共に使われていることである。
【００４７】
図１１において、発振器５から直接得られた超短パルスは、ファイバー増幅器９０に入射し、第一過程でスペクトルの拡張がなされる。そして伸張器１００で伸張されたのち、第二過程でパルスは増幅器９０で、線形に増幅される。同様な作用は図１２に示した構成でも期待できる。図１２に示した構成では、圧縮器１１０を付加的に利用することにより、実質的により長いパルス、したがってより大きいパルスエネルギーを準備することが出来る。ファラデー回転子１０５を図１１および図１２の構成に付加することは随意である。二重経路構成におけるファラデー回転子は、ファイバー素子の偏光への感度をなくするということは良く知られている。このことは、第二高調波の発生が基本波パルスの入力偏光に対して敏感であるから、非常に好ましいことである。
【００４８】
一般的に、このように知られたダブルパスの配置は、図３〜８に示すように、線形または非線形の増幅器または線形の伸張器に使われる。図１３は、ファイバー伸張器あるいはファイバー圧縮器に対する基本的なダブルパスの配置を示す。本質的には、ダブルパス配置を使うことにより、本発明の上に述べた装置それぞれにおける偏光感度を除くことが可能である。基本波パルスの非線形チャープに対する補償にチャープＱＰＭ素子を使うことは、すでに一部述べた。そこでは、非線形成分におけるスペクトルの広がりの効果に対する補償の必要性を強調した。この非線形チャープの補償は、本発明の他の視点では、また本質的なことである。たとえば、線形伸張器と線形圧縮器との間に高次の位相の不一致が存在する場合には、非線形に対する補償が必要となる。位相の不一致は二つのファイバー格子の製造上の限界が原因で、またはファイバー伸張器と格子圧縮器のような混成の伸張器・圧縮器の組み合わせが原因で発生する。さらに、モード固定のレーザーあるいは波長可変レーザーダイオードなどの発振器から直接発生する非線形チャープを補償することが必要である（１９９４年９月２９日出願の米国特許出願第０８／３１２９１２号と、ここに引用された文献とに明らかにされている）。また、高次の位相の乱れは、増幅パルスの最高の許容エネルギーで動作するとき、線形のファイバー増幅器において伸張された非線形変調から生ずる。
【００４９】
前述のように、ＱＰＭ構造の二次元性により、位相補償特性を可変に出来る。ＱＰＭ結晶は、決められた長さと幅と厚さとを持っている。ＱＰＭ格子は、その長さ方向に書かれる。ＰＰＬＮまたはＰＰＬＴのような電気的に分極した材料に対して、ＱＰＭ構造は結晶の厚さ方向に均質である。しかしＱＰＭパラメーターは、結晶の幅方向（ビームの伝播方向に垂直）に沿った位置の関数である。このパラメーターが、ＱＰＭ周期のスペクトル幅ΔＶであるならば、実質的な分散ΔＴ／ΔＶもまた、幅に沿った位置（固定したＱＰＭ長さ）の関数である。結晶を光ビームに垂直方向に単純に移動することにより、位相特性はこのような結晶で調整できる。このような可変の補償は、基本波パルスの線形と非線形のチャープに対して装置化できる。例えば、ＱＰＭ構造の線形チャープは、二次元チャープ要素が結晶面を横切った位置の一次関数にされるとき、固定値に調整することが出来る。この場合、基本波パルスの線形チャープは、約１００ｆｓ以下の時間幅を持ちバンド幅が限定されたパルスを得るためには本質的なことである。
【００５０】
［付記］
本発明については、好ましい実施例について記述し図示したが、冒頭の特許請求の範囲に規定したような発明の精神と視点を離れずに、各種変形態様が可能であることは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、チャープ格子圧縮器とチャープＱＰＭ結晶とを組み合わせた本発明の実施例１の構成を示した模式図である。
【図２】図２は、ファイバー格子圧縮器からの再圧縮パルスエネルギーの限界を示したグラフである。
【図３】図３は、本発明の実施例２の一般的な構成を示した模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施例３の構成を示した模式図であり、ここではパルス伸張器を使っていない。
【図５】図５は、本発明の実施例４の構成を示した模式図であり、ここでは増幅器とチャープＱＰＭ素子の間の圧縮器は省略されている。
【図６】図６は、本発明の実施例５の構成を示した模式図であり、ここではチャープＱＰＭ素子の前に非線形圧縮器が置かれている。
【図７】図７は、１５６０ｎｍの初期パルスと最終的に７８０ｎｍに圧縮されたパルスとの自己相関の軌跡を示したグラフである。
【図８】図８は、本発明の実施例６の構成を示す模式図であり、ここでは非線形素子としてファイバー増幅器が使われている。
【図９】図９は、本発明の実施例７の構成を示す模式図であり、ここでは線形増幅段の前に非線形ファイバー増幅器が置かれている。
【図１０】図１０は、本発明の実施例８の構成を示す模式図であり、ここでは線形増幅段の前に非線形ファイバー増幅器が置かれている。
【図１１】図１１は、図９の実施例７の変形態様の構成を示す模式図であり、ここではダブルパス装置が使われている。
【図１２】図１２は、図１０の実施例８の変形態様の構成を示す模式図であり、ここではダブルパス装置が使われている。
【図１３】図１３は、ファイバー伸張器またはファイバー増幅器に対する基本的なダブルパス装置の構成を示した模式図である。
【符号の説明】
５：発振器
１０：ビーム結合装置（ＢＣＡ）
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１４，１４Ａ，１４Ｂ：ファラデー回転子（ＦＲ）
１６，１６Ａ，１６Ｂ：半波長板（λ／２）
２０，２２：チャープブラッグ格子    ２５：チャープブラッグ圧縮器
２５：分散制御素子（ＤＣ）
２６：伸張器    ２７：非線形圧縮器    ２８：伸張器
３０：半波長板（λ／２）
４０：チャープＱＰＭ（準位相整合）結晶、ＱＰＭ要素、チャープＱＰＭ素子
５０：光増幅器    ５５：非線形増幅器    ５６：正の分散ファイバー
５８：ファイバー増幅器    ６０：線形増幅器
７０：波長可変（チューナブル）レーザーダイオード
８０：ＣＰＡ増幅器    ９０：増幅器    １００：伸張器
１０５：ファラデー回転子（ＦＲ）    １１０：圧縮器    １１５：伸張器
【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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【図１３】
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