(57)【要約】本発明によるパルス光源１は、繰り返し周波数が所定値に制御されたマスタレーザ光パルスを出力するマスタレーザ１１２と、スレーブレーザ光パルスを出力するスレーブレーザ２１２と、所定値の周波数の電気信号と、スレーブレーザ光パルスの光強度に基づく電気信号との位相差を検出する位相比較器２３２と、ループフィルタ２３４と、ループフィルタ２３４の出力に、一定の繰り返し周期を有する繰り返し周波数制御信号を加算する加算器２３５と、マスタレーザ光パルスとスレーブレーザ光パルスとの位相差であるパルス間位相差を測定する位相比較器３０６とを備える。加算器２３５の出力に応じて、スレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数が変化する。測定されたパルス間位相差を、パルス間位相差の目標値に合わせるように、繰り返し周波数制御信号の大きさを制御する。
2014024699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのパルスレーザ光の位相差に応じて繰り返し周波数制御信号源の繰り返し周波数制御信号をフィードバック制御するパルス光源。
【請求項２】
請求項１に記載のパルス光源であって、
前記２つのパルスレーザ光を出力するレーザは、
繰り返し周波数が所定値に制御されたマスタレーザ光パルスを出力するマスタレーザと、
スレーブレーザ光パルスを出力するスレーブレーザと、
であり、
前記所定値の周波数の電気信号と、前記スレーブレーザ光パルスの光強度に基づく電気信号との位相差を検出する位相差検出器と、
前記位相差検出器の出力の高周波成分を除去するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に、前記繰り返し周波数制御信号源から出力され一定の繰り返し周期を有する繰り返し周波数制御信号を加算する加算器と、
前記マスタレーザ光パルスと前記スレーブレーザ光パルスとの位相差であるパルス間位相差を測定するパルス間位相差検出器と、
を備え、
前記加算器の出力に応じて、前記スレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数が変化し、
測定された前記パルス間位相差を、前記パルス間位相差の目標値に合わせるように、前記繰り返し周波数制御信号の大きさを制御する、
パルス光源。
【請求項３】
請求項２に記載のパルス光源であって、
前記スレーブレーザの共振器長が、前記加算器の出力に応じて、変化する、
パルス光源。
【請求項４】
請求項３に記載のパルス光源であって、
前記スレーブレーザは、ピエゾ素子を有し、
前記ピエゾ素子に、前記加算器の出力が与えられ、
前記ピエゾ素子の伸縮により、前記スレーブレーザの共振器長が変化する、
パルス光源。
【請求項５】
請求項２に記載のパルス光源であって、
前記所定値の周波数の電気信号と、前記マスタレーザ光パルスの光強度に基づく電気信号との位相差を検出するマスタ側位相差検出器と、
前記マスタ側位相差検出器の出力の高周波成分を除去するマスタ側ループフィルタと、
を備え、
前記マスタ側ループフィルタの出力に応じて、前記マスタレーザ光パルスの繰り返し周波数が変化する、
パルス光源。
【請求項６】
光サンプリング装置あるいはテラヘルツイメージング装置において、パルスレーザ光の位相差を安定に制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光パルスの繰り返し周波数の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スレーブレーザの繰り返し周波数を上下に変動させる一方で、マスタレーザの繰り返し周波数を一定にすることにより、２台のレーザの繰り返し周波数の差を変動させる装置が知られている（例えば、特許文献１（特許第４７８６７６７号公報）を参照）。
この装置においては、スレーブレーザがピエゾ素子を有し、このピエゾ素子を駆動するピエゾドライバに与える電圧に上下に変動する成分（例えば、正弦波の電圧）を付加する（例えば、特許文献１の図１、第３図を参照）。
【発明の概要】
【０００３】
しかしながら、たとえ正弦波の電圧を、ピエゾドライバに与える電圧に付加しても、スレーブレーザの繰り返し周波数が正弦波を描くとは限らない。例えば、スレーブレーザの繰り返し周波数は、ピエゾ素子の変位に応じて変動するが、ピエゾ素子の変位は、ピエゾ素子に与える電圧が同じでも、ピエゾ素子の周囲の温度によって変動する。よって、ピエゾ素子の周囲の温度の変動によって、スレーブレーザの繰り返し周波数が正弦波を描かない場合がある。
そこで、本発明は、２台のレーザの繰り返し周波数の差を正確に制御することを課題とする。
本発明にかかるパルス光源は、２つのパルスレーザ光の位相差に応じて繰り返し周波数制御信号源の繰り返し周波数制御信号をフィードバック制御するものである。
なお、本発明にかかるパルス光源は、前記２つのパルスレーザ光を出力するレーザが、繰り返し周波数が所定値に制御されたマスタレーザ光パルスを出力するマスタレーザと、スレーブレーザ光パルスを出力するスレーブレーザとであり、前記所定値の周波数の電気信号と、前記スレーブレーザ光パルスの光強度に基づく電気信号との位相差を検出する位相差検出器と、記位相差検出器の出力の高周波成分を除去するループフィルタと、前記ループフィルタの出力に、前記繰り返し周波数制御信号源から出力され一定の繰り返し周期を有する繰り返し周波数制御信号を加算する加算器と、前記マスタレーザ光パルスと前記スレーブレーザ光パルスとの位相差であるパルス間位相差を測定するパルス間位相差検出器と、を備え、前記加算器の出力に応じて、前記スレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数が変化し、測定された前記パルス間位相差を、前記パルス間位相差の目標値に合わせるように、前記繰り返し周波数制御信号の大きさを制御するようにしてもよい。
なお、本発明にかかるパルス光源は、前記スレーブレーザの共振器長が、前記加算器の出力に応じて、変化するようにしてもよい。
なお、本発明にかかるパルス光源は、前記スレーブレーザが、ピエゾ素子を有し、前記ピエゾ素子に、前記加算器の出力が与えられ、前記ピエゾ素子の伸縮により、前記スレーブレーザの共振器長が変化するようにしてもよい。
なお、本発明にかかるパルス光源は、前記所定値の周波数の電気信号と、前記マスタレーザ光パルスの光強度に基づく電気信号との位相差を検出するマスタ側位相差検出器と、前記マスタ側位相差検出器の出力の高周波成分を除去するマスタ側ループフィルタと、を備え、前記マスタ側ループフィルタの出力に応じて、前記マスタレーザ光パルスの繰り返し周波数が変化するようにしてもよい。
本発明は、光サンプリング装置あるいはテラヘルツイメージング装置において、パルスレーザ光の位相差を安定に制御する方法である。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、本発明の実施形態にかかるパルス光源１の構成を示す機能ブロック図である。
第２図は、繰り返し周波数制御信号源２３８の出力（第２図（ａ））、加算器２３５の出力（第２図（ｂ））、周囲温度一定の場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数（第２図（ｃ））、周囲温度が変動する場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数の仮想例（第２図（ｄ））を示す図である。
第３図は、周囲温度が変動する場合における、目標値出力部２４０の出力（第３図（ａ））、位相比較器３０６の出力（第３図（ｂ））、繰り返し周波数制御信号源２３８の出力（第３図（ｃ））、加算器２３５の出力（第３図（ｄ））を示す図である。
第４図は、繰り返し周波数制御信号の出力の変形例を示す図であり、繰り返し周波数制御信号源２３８の出力（第４図（ａ））、加算器２３５の出力（第４図（ｂ））、周囲温度一定の場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数（第４図（ｃ））、周囲温度が変動する場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数の仮想例（第４図（ｄ））を示す図である。
第５図は、繰り返し周波数制御信号の出力の変形例を示す図であり、周囲温度が変動する場合における、目標値出力部２４０の出力（第５図（ａ））、位相比較器３０６の出力（第５図（ｂ））、繰り返し周波数制御信号源２３８の出力（第５図（ｃ））、加算器２３５の出力（第５図（ｄ））を示す図である。
第６図は、ＴＨｚ光を用いた測定装置の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】
【０００５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
第１図は、本発明の実施形態にかかるパルス光源１の構成を示す機能ブロック図である。
本発明の実施形態にかかるパルス光源１は、マスタレーザ１１２、光カプラ１１４、フォトダイオード１１６、基準電気信号源１２１、位相比較器（マスタ側位相差検出器）１３２、ループフィルタ（マスタ側ループフィルタ）１３４、ピエゾドライバ１３６、スレーブレーザ２１２、光カプラ２１４、フォトダイオード２１６、位相比較器（位相差検出器）２３２、ループフィルタ２３４、加算器２３５、ピエゾドライバ２３６、繰り返し周波数制御信号源２３８、目標値出力部２４０、誤差検出部２４２、バンドパスフィルタ３０２、３０４、位相比較器（パルス間位相差検出器）３０６を備える。
パルス光源１は、２つのパルスレーザ光（マスタレーザ光パルスおよびスレーブレーザ光パルス）の位相差に応じて繰り返し周波数制御信号源２３８をフィードバック制御する。
マスタレーザ１１２は、マスタレーザ光パルスを出力する。なお、マスタレーザ光パルスの繰り返し周波数は、所定値に制御されている。この所定値は、基準電気信号源１２１の出力する基準電気信号の周波数（例えば、５０ＭＨｚ）と等しい。
マスタレーザ１１２は、ピエゾ素子１１２ｐを有する。ピエゾ素子１１２ｐは、ループフィルタ１３４の出力の電圧が、ピエゾドライバ１３６により増幅されて印加されることにより、Ｘ方向（第１図における横方向）に伸縮する。ピエゾ素子１１２ｐのＸ方向の伸縮によって、マスタレーザ１１２のレーザ共振器長が変化する。レーザ共振器長の変化により、マスタレーザ光パルスの繰り返し周波数が変化する。
光カプラ１１４は、マスタレーザ１１２の出力するマスタレーザ光パルスを受け、例えば、パワー比にして、１：９の割合で、フォトダイオード１１６と外部に出力する。例えば、フォトダイオード１１６に与えられるマスタレーザ光パルスの光パワーが、マスタレーザ１１２の出力するマスタレーザ光パルスの光パワーの１０％ということになる。
フォトダイオード（マスタ側光電変換部）１１６は、光カプラ１１４からマスタレーザ光パルスを受け、電気信号に変換する。マスタレーザ光パルスの繰り返し周波数は５０ＭＨｚに制御されている。
基準電気信号源１２１は、所定値の周波数（例えば、５０ＭＨｚ）の基準電気信号を出力する。
位相比較器（マスタ側位相差検出器）１３２は、基準電気信号源１２１の出力と、フォトダイオード１１６の出力との位相差を検出して出力する。なお、フォトダイオード１１６の出力は、マスタレーザ光パルスの光強度に基づく電気信号である。
ループフィルタ（マスタ側ループフィルタ）１３４は、位相比較器１３２の出力の高周波成分を除去する。
ピエゾドライバ１３６は、例えば、パワーアンプであり、ループフィルタ１３４の出力を増幅する。ピエゾドライバ１３６の出力は、ピエゾ素子１１２ｐに与えられる。これにより、ピエゾ素子１１２ｐがＸ方向に伸縮する。ただし、位相比較器１３２の検出する位相差が一定値（例えば、０度、９０度または−９０度）になるように、ピエゾ素子１１２ｐを伸縮させるものとする。これにより、マスタレーザ光パルスの繰り返し周波数を、正確に、基準電気信号の周波数（例えば、５０ＭＨｚ）に合わせることができる。
スレーブレーザ２１２は、スレーブレーザ光パルスを出力する。
スレーブレーザ２１２は、ピエゾ素子２１２ｐを有する。ピエゾ素子２１２ｐは、加算器２３５の出力の電圧が、ピエゾドライバ２３６により増幅されて印加されることにより、Ｘ方向（第１図における横方向）に伸縮する。ピエゾ素子２１２ｐのＸ方向の伸縮によって、スレーブレーザ２１２のレーザ共振器長が変化する。レーザ共振器長の変化により、スレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数が変化する。
光カプラ２１４は、光カプラ１１４と同様の部品であり、スレーブレーザ２１２の出力するスレーブレーザ光パルスを受け、例えば、パワー比にして、１：９の割合で、フォトダイオード２１６と外部に出力する。
フォトダイオード（光電変換部）２１６は、フォトダイオード１１６と同様の部品であり、光カプラ２１４からスレーブレーザ光パルスを受け、電気信号に変換する。スレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数は、５０ＭＨｚ（基準電気信号の周波数）に、繰り返し周波数制御信号に応じた値を加算した値に制御されている（第２図（ｃ）参照）。
位相比較器（位相差検出器）２３２は、位相比較器１３２と同様の部品であり、基準電気信号源１２１の出力と、フォトダイオード２１６の出力との位相差を検出して出力する。なお、フォトダイオード２１６の出力は、スレーブレーザ光パルスの光強度に基づく電気信号である。
ループフィルタ２３４は、ループフィルタ１３４と同様の部品であり、位相比較器２３２の出力の高周波成分を除去する。
ピエゾドライバ２３６は、ピエゾドライバ１３６と同様の部品であり加算器２３５の出力を増幅する。ピエゾドライバ２３６の出力は、ピエゾ素子２１２ｐに与えられる。これにより、ピエゾ素子２１２ｐがＸ方向に伸縮する。ただし、位相比較器２３２の検出する位相差が一定値（例えば、０度、９０度または−９０度）になるように、ピエゾ素子２１２ｐを伸縮させるものとする。これにより、スレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数を、５０ＭＨｚ（基準電気信号の周波数）に、繰り返し周波数制御信号に応じた値を加算した値（５０ＭＨｚ近傍といえる）に合わせることができる。
加算器２３５は、ループフィルタ２３４の出力に、繰り返し周波数制御信号を加算して出力する。
繰り返し周波数制御信号源２３８は、例えば、任意波形発生器であり、繰り返し周波数制御信号を出力する。繰り返し周波数制御信号は一定の繰り返し周期を有する。繰り返し周波数制御信号は、時間を横軸にとった場合、例えば正弦波で図示されることも考えられるし（第２図（ａ）参照）、または、直線的に増加および減少を繰り返すことも考えられる（第４図（ａ）参照）。なお、繰り返し周波数制御信号は、例えば、２５０Ｈｚ程度の繰り返し周波数の信号である。
バンドパスフィルタ３０２は、フォトダイオード１１６の出力の５０ＭＨｚ（基準電気信号の周波数）または５０ＭＨｚの高次高調波（１００ＭＨｚ、１５０ＭＨｚ、…）近傍の成分を取り出すフィルタである。
バンドパスフィルタ３０４は、フォトダイオード２１６の出力の５０ＭＨｚ（基準電気信号の周波数）または５０ＭＨｚの高次高調波（１００ＭＨｚ、１５０ＭＨｚ、…）近傍の成分を取り出すフィルタである。
位相比較器（パルス間位相差検出器）３０６は、バンドパスフィルタ３０２の出力と、バンドパスフィルタ３０４の出力との間の位相差を検出して出力する。バンドパスフィルタ３０２の出力と、バンドパスフィルタ３０４の出力との間の位相差は、マスタレーザ光パルスとスレーブレーザ光パルスとの位相差（パルス間位相差）である。
目標値出力部２４０は、パルス間位相差の目標値を出力する。
誤差検出部２４２は、目標値出力部２４０の出力するパルス間位相差の目標値と、位相比較器３０６の出力（測定されたパルス間位相差）との間の差（誤差）を検出し、繰り返し周波数制御信号源２３８に与える。
繰り返し周波数制御信号源２３８は、誤差検出部２４２により検出された誤差に基づき、位相比較器３０６の出力（測定されたパルス間位相差）（測定値）を、パルス間位相差の目標値に合わせるように、繰り返し周波数制御信号の大きさを制御する。例えば、目標値の方が測定値よりも大きければ（誤差が負）、繰り返し周波数制御信号をより大きくする。目標値の方が測定値よりも小さければ（誤差が正）、繰り返し周波数制御信号をより小さくする。
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
（１）繰り返し周波数制御信号を出力する前
この場合、パルス光源１の動作は、通常のＰＬＬ回路と同様なものとなる。すなわち、マスタレーザ光パルスおよびスレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数が５０ＭＨｚになる。
マスタレーザ光パルスの繰り返し周波数が５０ＭＨｚになる動作を以下に説明する。スレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数についても同様である。
位相比較器１３２は、フォトダイオード１１６の出力の位相と、基準電気信号源１２１の出力の位相とを比較し、両者の位相差を検出して出力する。位相比較器１３２の出力は、ループフィルタ１３４により高周波成分が除去され、ピエゾドライバ１３６により増幅されて、ピエゾ素子１１２ｐに与えられる。位相比較器１３２の検出する位相差が一定値（例えば、０度、９０度または−９０度）になるように、ピエゾ素子１１２ｐが伸縮する。これにより、マスタレーザ光パルスの繰り返し周波数を、正確に、基準電気信号の周波数５０ＭＨｚに合わせることができる。
マスタレーザ光パルスおよびスレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数を所定値ｆ０（＝５０ＭＨｚ）に合わせた後は、外乱が無いと仮定した場合、ピエゾ素子１１２ｐ、２１２ｐに印加する電圧を一定に保てば、マスタレーザ光パルスおよびスレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数を所定値に保ち続けることができる。
第２図は、繰り返し周波数制御信号源２３８の出力（第２図（ａ））、加算器２３５の出力（第２図（ｂ））、周囲温度一定の場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数（第２図（ｃ））、周囲温度が変動する場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数の仮想例（第２図（ｄ））を示す図である。
第２図には、時間０〜ｔ０において、加算器２３５の出力をＶ０に保ち、スレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数を所定値ｆ０に保つことが図示されている（第２図（ｂ）〜（ｄ）参照）。また、同様に、時間０〜ｔ０において、マスタレーザ光パルスの繰り返し周波数を所定値ｆ０に保つ。
ここで、時間ｔ０において、繰り返し周波数制御信号の出力を開始する。
（２）繰り返し周波数制御信号を出力した後（周囲温度が一定の場合）
繰り返し周波数制御信号源２３８の出力する繰り返し周波数制御信号が、時間を横軸にとった場合、例えば正弦波で図示されるとする（第２図（ａ）参照）。
すると、加算器２３５の出力も、Ｖ０から上下に変動する（第２図（ｂ）参照）。
加算器２３５の出力が増加（減少）すれば、ピエゾ素子２１２ｐに印加される電圧も高く（低く）なり、ピエゾ素子２１２ｐが伸長（収縮）する。ここで、ピエゾ素子２１２ｐが伸長（収縮）したときに、スレーブレーザ２１２のレーザ共振器長が短く（長く）なるように設計されているものとする。すると、スレーブレーザ２１２の繰り返し周波数が増大（減少）する。
よって、スレーブレーザ２１２の繰り返し周波数も、加算器２３５の出力と同様に、上下に変動する（第２図（ｃ）参照）。スレーブレーザ２１２の繰り返し周波数の上下に変動する値は、繰り返し周波数制御信号に応じた値となる。
一方、マスタレーザ光パルスの繰り返し周波数は特に変動しない。
すなわち、スレーブレーザ２１２の繰り返し周波数が上下に変動する一方で、マスタレーザ１１２の繰り返し周波数が一定なので、２台のレーザの繰り返し周波数の差を変動させることができる。
なお、バンドパスフィルタ３０２は、フォトダイオード１１６の出力の５０ＭＨｚ（基準電気信号の周波数）または５０ＭＨｚの高次高調波（１００ＭＨｚ、１５０ＭＨｚ、…）近傍の成分を取り出す。バンドパスフィルタ３０４は、フォトダイオード２１６の出力の５０ＭＨｚ（基準電気信号の周波数）または５０ＭＨｚの高次高調波（１００ＭＨｚ、１５０ＭＨｚ、…）近傍の成分を取り出す。位相比較器３０６は、バンドパスフィルタ３０２の出力と、バンドパスフィルタ３０４の出力との間の位相差（パルス間位相差）を検出して出力する。
外乱として周囲温度の変動を考慮した場合、周囲温度が一定であれば、パルス間位相差は目標値に一致し、誤差が無い。すなわち、目標値出力部２４０の出力と、位相比較器３０６の出力とが一致し、誤差検出部２４２の出力が０となる。繰り返し周波数制御信号源２３８は、誤差が０であるため、その出力を正弦波のままとする。
（３）繰り返し周波数制御信号を出力した後（周囲温度が変動する場合）
ただし、周囲温度が変動した場合、パルス間位相差は目標値に一致しなくなり、誤差が生じる。これは、以下の理由による。
一般的なピエゾ素子の変位は、ピエゾ素子に与える電圧が同じでも、ピエゾ素子の周囲温度によって変動する。例えば、ピエゾ素子の周囲温度が高い（低い）場合、ピエゾ素子の変位が大きく（小さく）なる。また、ピエゾ素子２１２ｐの変位の大きさによって、スレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数が決まり、さらにパルス間位相差が決まる。そこで、周囲温度の変動によりピエゾ素子２１２ｐの変位の大きさが変動すれば、パルス間位相差が変動する。よって、周囲温度が変動した場合、パルス間位相差は目標値から変動し、目標値に一致しなくなり、誤差が生じる。
第２図（ｄ）は、周囲温度が変動する場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数の仮想例を示す図である。「仮想例」と記載したのは、繰り返し周波数制御信号源２３８の出力が正弦波のままであると仮想したことを意味するものである。なお、第２図（ｄ）においては、周囲温度が一定の場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数を点線の曲線で図示している。
時間ｔ０からｔ１まで周囲温度が低温、時間ｔ１以降は周囲温度が高温となるものとする。この場合、時間ｔ０からｔ１までは、周囲温度が一定の場合よりも、周波数の変動が小さくなってしまう。時間ｔ１以降は、周囲温度が一定の場合よりも、周波数の変動が大きくなってしまう。
そこで、繰り返し周波数制御信号源２３８は、誤差検出部２４２により検出された誤差に基づき、繰り返し周波数制御信号の大きさを変えて、スレーブレーザ２１２の繰り返し周波数を、第２図（ｃ）に示す状態に近づけるようにする。
第３図は、周囲温度が変動する場合における、目標値出力部２４０の出力（第３図（ａ））、位相比較器３０６の出力（第３図（ｂ））、繰り返し周波数制御信号源２３８の出力（第３図（ｃ））、加算器２３５の出力（第３図（ｄ））を示す図である。
第３図（ａ）を参照して、目標値出力部２４０の出力は正弦波である。目標値出力部２４０の出力は、スレーブレーザ２１２の繰り返し周波数が第２図（ｃ）に示すようなものである一方で、マスタレーザ１１２の繰り返し周波数が一定である場合の、双方のレーザのパルス光の位相差を示す。ただし、位相比較器３０６の出力が、位相差を電圧に置き換えたものであるので（例えば、位相差１８０度を１．８Ｖとして表す）、それにあわせて、目標値出力部２４０の出力も、位相差を電圧に置き換えたものとする。
第３図（ｂ）を参照して、時間ｔ０からｔ１までは、周囲温度が一定の場合よりも、周波数の変動が小さくなってしまうので、位相比較器３０６の出力の振幅は、時間ｔ０からｔ１までは、目標値出力部２４０の出力の振幅よりも小さい。また、時間ｔ１以降は、周囲温度が一定の場合よりも、周波数の変動が大きくなってしまうので、位相比較器３０６の出力の振幅は、時間ｔ１以降は、目標値出力部２４０の出力の振幅よりも大きい。
誤差検出部２４２は、目標値出力部２４０の出力するパルス間位相差の目標値と、位相比較器３０６の出力（測定されたパルス間位相差）との間の差（誤差）を検出し、繰り返し周波数制御信号源２３８に与える。
第３図（ｃ）を参照して、繰り返し周波数制御信号源２３８は、誤差検出部２４２により検出された誤差に基づき、繰り返し周波数制御信号の大きさを制御する。
例えば、目標値の方が測定値よりも大きければ（誤差が負）、繰り返し周波数制御信号をより大きくする。目標値の方が測定値よりも小さければ（誤差が正）、繰り返し周波数制御信号をより小さくする。これにより、繰り返し周波数制御信号源２３８は、時間ｔ０からｔ１までは、繰り返し周波数制御信号の振幅を大きくし、時間ｔ１以降は、繰り返し周波数制御信号の振幅を小さくする。
第３図（ｄ）を参照して、加算器２３５の出力は、第３図（ｃ）に示す電圧にＶ０を加えたものである。
時間ｔ０からｔ１までは、周囲温度が低温なので、スレーブレーザ２１２の繰り返し周波数の振幅も小さくなってしまう。しかし、繰り返し周波数制御信号の振幅を大きくするので、スレーブレーザ２１２の繰り返し周波数の振幅を大きくして、周囲温度が一定の場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数を近づけることができる。
時間ｔ１以降は、周囲温度が高温なので、スレーブレーザ２１２の繰り返し周波数の振幅も大きくなってしまう。しかし、繰り返し周波数制御信号の振幅を小さくするので、スレーブレーザ２１２の繰り返し周波数の振幅を小さくして、周囲温度が一定の場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数を近づけることができる。
本発明の実施形態によれば、外乱（例えば、周囲温度の変動）があっても、マスタレーザパルス光およびスレーブレーザパルス光の位相差（ひいては、周波数差）を目標値に保つことができる。
なお、繰り返し周波数制御信号の出力の変形例を以下に示す。
第４図は、繰り返し周波数制御信号の出力の変形例を示す図であり、繰り返し周波数制御信号源２３８の出力（第４図（ａ））、加算器２３５の出力（第４図（ｂ））、周囲温度一定の場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数（第４図（ｃ））、周囲温度が変動する場合のスレーブレーザ２１２の繰り返し周波数の仮想例（第４図（ｄ））を示す図である。
繰り返し周波数制御信号は、時間を横軸にとった場合、直線的に増加および減少を繰り返すことも考えられ（第４図（ａ）参照）、この場合の加算器２３５の出力（第４図（ｂ）参照）、スレーブレーザ２１２の繰り返し周波数（第４図（ｃ）、（ｄ）参照）も同様である。
第５図は、繰り返し周波数制御信号の出力の変形例を示す図であり、周囲温度が変動する場合における、目標値出力部２４０の出力（第５図（ａ））、位相比較器３０６の出力（第５図（ｂ））、繰り返し周波数制御信号源２３８の出力（第５図（ｃ））、加算器２３５の出力（第５図（ｄ））を示す図である。
目標値出力部２４０の出力（第５図（ａ）参照）、位相比較器３０６の出力（第５図（ｂ）参照）、繰り返し周波数制御信号源２３８の出力（第５図（ｃ）参照）および加算器２３５の出力（第５図（ｄ）参照）も、時間を横軸にとった場合、直線的に増加および減少を繰り返すことも考えられる。
なお、パルス光源１は、ＴＨｚ光を用いた測定装置（光サンプリング装置）に使用できる。第６図は、ＴＨｚ光を用いた測定装置の構成を示すブロック図である。かかる測定装置は、パルス光源１、光カプラ１２、２２、ＴＨｚ光発生器１４、ＴＨｚ光検出器２４、トリガ発生器３２、Ｉ／Ｖアンプ３４、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）３６、データ取得部３８を備える。
例えば、マスタレーザ光パルスをＴＨｚ光発生器１４（例えば、光伝導スイッチ）に与えて、ＴＨｚ光を発生させて、被測定物２に照射する。被測定物２を透過し、または被測定物２により反射されたＴＨｚ光をＴＨｚ光検出器２４（例えば、光伝導スイッチ）に与える。ここで、ＴＨｚ光検出器２４に、スレーブレーザ光パルスを与えることで、ＴＨｚ光の検出が可能となる。マスタレーザ光パルスおよびスレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数に差があるので、被測定物２を透過し、または被測定物２により反射されたＴＨｚ光の波形の複数のポイントを観測（光サンプリング）することができる。ＴＨｚ光検出器２４は、ＴＨｚ波を検出して、電流を出力する。
なお、光サンプリングのために、光カプラ１２、２２からマスタレーザ光パルスおよびスレーブレーザ光パルスの一部を分岐させて、トリガ発生器３２に与える。トリガ発生器３２は、マスタレーザ光パルスおよびスレーブレーザ光パルスの双方を受けた時点で、トリガ信号を出力する。また、Ｉ／Ｖアンプ３４は、ＴＨｚ光検出器２４から電流を受け、電圧に変換して増幅する。ＰＣ（パーソナルコンピュータ）３６は、データ取得部３８を有し、データ取得部３８が、トリガ発生器３２からトリガ信号を受けた時点を起点にして、Ｉ／Ｖアンプ３４の出力を取得する。
また、データ取得部３８の取得結果を何らかの画像表示する（テラヘルツイメージング装置）ようにしてもよい。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年1月5日(2016.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのパルスレーザ光の位相差に応じて繰り返し周波数制御信号源の繰り返し周波数制御信号をフィードバック制御するパルス光源であって、
前記２つのパルスレーザ光を出力するレーザは、
繰り返し周波数が所定値に制御されたマスタレーザ光パルスを出力するマスタレーザと、
スレーブレーザ光パルスを出力するスレーブレーザと、
であり、
前記所定値の周波数の電気信号と、前記スレーブレーザ光パルスの光強度に基づく電気信号との位相差を検出する位相差検出器と、
前記位相差検出器の出力の高周波成分を除去するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に、前記繰り返し周波数制御信号源から出力され一定の繰り返し周期を有する繰り返し周波数制御信号を加算する加算器と、
前記マスタレーザ光パルスと前記スレーブレーザ光パルスとの位相差であるパルス間位相差を測定するパルス間位相差検出器と、
前記パルス間位相差の目標値と、前記パルス間位相差検出器の出力との間の差を検出し、前記繰り返し周波数制御信号源に与える誤差検出部と、
を備え、
前記加算器の出力に応じて、前記スレーブレーザ光パルスの繰り返し周波数が変化し、
測定された前記パルス間位相差を、前記パルス間位相差の目標値に合わせるように、前記繰り返し周波数制御信号の大きさを制御する、
パルス光源。
【請求項２】
請求項１に記載のパルス光源であって、
前記スレーブレーザの共振器長が、前記加算器の出力に応じて、変化する、
パルス光源。
【請求項３】
請求項２に記載のパルス光源であって、
前記スレーブレーザは、ピエゾ素子を有し、
前記ピエゾ素子に、前記加算器の出力が与えられ、
前記ピエゾ素子の伸縮により、前記スレーブレーザの共振器長が変化する、
パルス光源。
【請求項４】
請求項１に記載のパルス光源であって、
前記所定値の周波数の電気信号と、前記マスタレーザ光パルスの光強度に基づく電気信号との位相差を検出するマスタ側位相差検出器と、
前記マスタ側位相差検出器の出力の高周波成分を除去するマスタ側ループフィルタと、
を備え、
前記マスタ側ループフィルタの出力に応じて、前記マスタレーザ光パルスの繰り返し周波数が変化する、
パルス光源。
【国際調査報告】
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2014024699.tif 000010
2014024699.tif 000011
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