(57)【要約】  【課題】  入力する光パルス列の繰り返し周波数を変えても、出力パルス特性（パルスエネルギーとパルス幅）が一定の超短パルスを発生することができ、利便性の向上を図ったパルス光源およびパルス光源の制御方法を提供する。  【解決手段】  パルス光源３００Ａは、繰り返し周波数が可変の光パルス列を発生するパルス発生器３０１と、光パルス発生器３０１から出力される光パルス列の各光パルスを光増幅する光ファイバ増幅器３０２と、光ファイバ増幅器３０２で光増幅された各光パルスを光ファイバの非線形効果を利用して圧縮する光パルス圧縮器３０３と、光ファイバ増幅器３０２の励起を制御する励起制御部３０４とを備える。光増幅された光パルスの平均パルスエネルギーが一定になるように、光ファイバ増幅器３０２の励起を制御する。【選択図】    図１
2006309215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返し周波数が可変の光パルス列を発生する光パルス発生手段と、
前記光パルス列の各光パルスを光増幅する光増幅手段と、
前記光増幅手段で光増幅された前記各光パルスを光ファイバの非線形効果を利用して圧縮する光パルス圧縮手段と、
前記光増幅手段の励起を制御する励起制御手段と、を備え、
前記励起制御手段は、前記光増幅手段により光増幅された前記光パルスの平均パルスエネルギーが一定になるように、前記光増幅手段の励起を制御することを特徴とするパルス光源。
【請求項２】
前記励起制御手段は、前記光増幅手段を励起する半導体レーザと、前記光増幅手段による光増幅後における前記光パルスの平均パワーを検出する光パワー検出手段と、前記半導体レーザを制御する制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットは、前記光増幅手段に入力される前記光パルスの繰り返し周波数を取得し、該取得した繰り返し周波数に応じた前記半導体レーザの電流制御初期値を設定するとともに、前記光パワー検出手段で検出した前記平均パワーを前記繰り返し周波数で割った値である平均パルスエネルギーが一定になるように前記半導体レーザを制御することを特徴とする請求項１に記載のパルス光源。
【請求項３】
前記光パルス圧縮手段は、高非線形ファイバと単一モードファイバのペアを多段に接続してなるファイバ圧縮器を備え、該ファイバ圧縮器により、前記光増幅手段で光増幅された前記光パルスを圧縮することを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス光源。
【請求項４】
前記光パルス発生手段は、繰り返し周波数が可変の光パルス列を前記光増幅器へ出力する機能と、前記繰り返し周波数を表すデジタル信号を前記制御ユニットへ出力する機能とを有する光パルス発生器であることを特徴とする請求項２又は３に記載のパルス光源。
【請求項５】
前記パルス発生手段は、分布帰還型半導体レーザと、電気パルスを出力して前記分布帰還型半導体レーザを利得スイッチ駆動する電気パルス発生器とを備え、
前記電気パルス発生器は繰り返し周波数が可変の電気パルスを発生する機能を有し、
前記分布帰還型半導体レーザは、前記電気パルス発生器から出力される電気パルスの注入により、利得スイッチ発振を起こして繰り返し周波数が可変の光パルスを発生し、
前記電気パルス発生器は、前記光パルスの繰り返し周波数を表すデジタル値を直接、前記制御ユニットへ出力するようになっていることを特徴とする請求項２又は３に記載のパルス光源。
【請求項６】
前記光パルス発生手段は繰り返し周波数が可変の光パルス列を前記光増幅器へ出力する機能を有する光パルス発生器であり、
前記励起制御手段は、前記光パルス発生手段から出力される前記光パルス列の各光パルスを受光する光パルス検出手段をさらに含み、
前記制御ユニットは、前記光パルス検出手段で受光した各光パルスの時間データを高速フーリエ変換して前記光パルス列の繰り返し周波数を求めることを特徴とする請求項２又は３に記載のパルス光源。
【請求項７】
前記光パルス発生手段は、前記分布帰還型半導体レーザが利得スイッチ駆動されて該半導体レーザから出力される光パルスのチャープ補償をする分散補償ファイバをさらに含み、
前記光パルス圧縮手段は、前記光増幅手段としての正常分散光増幅器と、前記正常分散光増幅器の出力側に接続された前記ファイバ圧縮器と、前記ファイバ圧縮器の出力側に接続された正常分散光増幅器および単一モードファイバとを含むことを特徴とする請求項５に記載のパルス光源。
【請求項８】
繰り返し周波数が可変の光パルス列を発生し、前記光パルス列の各光パルスを光増幅手段により光増幅し、光増幅された前記各光パルスを光ファイバの非線形効果を利用してパルス圧縮して超短パルスを発生するパルス光源の制御方法であって、
光増幅された前記光パルス列の平均パルスエネルギーが一定になるように、前記光増幅手段の励起を制御することを特徴とするパルス光源の制御方法。
【請求項９】
前記光増幅手段に入力される前記光パルス列の繰り返し周波数を取得するステップと、
前記光増幅手段へ励起光を出力する半導体レーザの電流制御初期値を、取得した前記繰り返し周波数に応じて設定するステップと、
前記光増幅手段の出力側で前記光パルスの平均パワーを検出するステップと、
前記平均パワーを前記繰り返し周波数で割った値である平均パルスエネルギーが一定になるように前記半導体レーザを制御するステップと、を備えることを特徴とする請求項８に記載のパルス光源の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの非線形効果を利用して入力光パルスをパルス圧縮して超短パルスを発生するパルス光源およびパルス光源の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いたピコ秒、フェムト秒領域の超短パルスを発生するパルス光源の開発が、小型で低コスト、安定性の観点から、超高速光通信や光計測技術、材料加工、バイオ用光エレクトロニクス、物理学などの分野で注目を集めている。
【０００３】
従来、超短パルスを発生するパルス光源として、光伝送システムに用いる光パルス列発生装置がある（特許文献１参照）。この光パルス列発生装置は、２モードビート光発生部と、ソリトン変換部と、ソリトン圧縮部とを備え、ソリトン圧縮部で２モードビート信号光の断熱ソリトン圧縮を行う前に、２モードビート信号光をソリトン変換部でsin型波形からソリトン波形へ変換する。この光パルス列発生装置により、ソリトン断熱圧縮の圧縮効率を大きく向上させることが可能となり、１００ＧＨｚ以上の繰り返し周波数及びサブピコ秒領域の時間幅を有する超高純度ソリトン列の発生が可能となる。
【０００４】
また、超短パルスを発生するパルス光源や、光伝送システムには、入力光パルスを光増幅する光増幅器が使用される。光増幅器の制御方法として、光増幅器の励起光を制御するAPC（Automatic Current Control）、光出力を一定レベルに保つALC制御（Automatic Level Control）、利得を一定に制御するAGC制御（Automatic Gain Control）などが知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】ＷＯ  ２００４／０４９０５４  Ａ１
【特許文献２】特開２００５−１５０４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の光増幅器の制御方法は、レベルが一定な連続光や光パルス列の繰り返し周波数が固定されているパルス列に対しては有効である。また、上記特許文献１に記載されているようなパルス光源では、利便性を向上させるなどの目的で光パルス列の繰り返し周波数を変えられるようにした構成が望まれている。このように光パルス列の繰り返し周波数を可変にしたパルス光源に上記従来の光増幅器の制御方法を適用した場合、繰り返し周波数が変わると、超短パルスの出力特性（パルスエネルギーとパルス幅）が変わってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目して為されたもので、その目的は、入力する光パルス列の繰り返し周波数を変えても、出力パルス特性（パルスエネルギーとパルス幅）が一定の超短パルスを発生することができ、利便性の向上を図ったパルス光源およびパルス光源の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、繰り返し周波数が可変の光パルス列を発生する光パルス発生手段と、前記光パルス列の各光パルスを光増幅する光増幅手段と、前記光増幅手段で光増幅された前記各光パルスを光ファイバの非線形効果を利用して圧縮する光パルス圧縮手段と、前記光増幅手段の励起を制御する励起制御手段と、を備え、前記励起制御手段は、前記光増幅手段により光増幅された前記光パルスの平均パルスエネルギーが一定になるように、前記光増幅手段の励起を制御することを特徴とするパルス光源である。
【０００８】
ここで「平均パルスエネルギー」は、光増幅手段の出力側で各光パルスの平均パワーをモニターし、その平均パワーを光パルス列の繰り返し周波数で割った値である（式（１）参照）。
【０００９】
この構成では、光ファイバの非線形効果を利用してパルス圧縮して超短パルスを発生するパルス光源において、光パルスのエネルギーを光増幅する際に、光増幅された光パルスの平均パルスエネルギーが一定になるように、光増幅手段の励起を制御する。この構成によれば、光パルス圧縮手段に入力される光パルスのパルス幅が繰り返し周波数が変わることで変わっても、光増幅された光パルスの平均パルスエネルギーが一定になるようにすることで、非線形効果を利用したパルス圧縮の効果が光パルス列の繰り返し周波数に依存しないで一定になる。
【００１０】
したがって、入力する光パルス列の繰り返し周波数を変えても、出力パルス特性（パルスエネルギーとパルス幅）が一定の超短パルスを発生することができ、利便性の向上を図ることができる。
【００１１】
第１の態様において、前記励起制御手段は、前記光増幅手段を励起する半導体レーザと、前記光増幅手段による光増幅後における前記光パルスの平均パワーを検出する光パワー検出手段と、前記半導体レーザを制御する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、前記光増幅手段に入力される前記光パルスの繰り返し周波数を取得し、該取得した繰り返し周波数に応じた前記半導体レーザの電流制御初期値を設定するとともに、前記光パワー検出手段で検出した前記平均パワーを前記繰り返し周波数で割った値である平均パルスエネルギーが一定になるように前記半導体レーザを制御することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、制御ユニットは、光パルスの繰り返し周波数を取得し、取得した繰り返し周波数に応じた半導体レーザの電流制御初期値を設定し、平均パルスエネルギーが一定になるように半導体レーザを制御する。これにより、光パルス圧縮手段に入力される光パルスのパルスエネルギーが繰り返し周波数に応じて調整されるので、光パルス圧縮手段に入力される光パルスのパルス幅が繰り返し周波数が変わることで変わっても、非線形効果を利用したパルス圧縮の効果が光パルス列の繰り返し周波数に依存しないで一定になる。したがって、入力する光パルス列の繰り返し周波数を変えても、出力パルス特性が一定の超短パルスを発生することができ、利便性の向上を図ることができる。
【００１３】
第１の態様において、前記光パルス圧縮手段は、高非線形ファイバと単一モードファイバのペアを多段に接続してなるファイバ圧縮器を備え、該ファイバ圧縮器により、前記光増幅手段で光増幅された前記光パルスを圧縮することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、高非線形ファイバ(Higly Nonlinear fiber: HNLF) と単一モードファイバ(SMF)のペアを多段に接続してなるファイバ圧縮器により、光増幅手段で光増幅された各光パルスを圧縮する。このファイバ圧縮器では、分散だけでなく非線形定数もある形状のプロファイル、例えばコム状（くし状）のプロファイルを持つ。また、非線形媒質として分散値が小さく非線形定数が大きい光ファイバを用いるため、理想的な非線形媒質を得ることができるとともに、ファイバ圧縮器の短尺化を図ることができる。また、分散値の大きく異なる光ファイバを多段接続しているため、誘導ブリルアン散乱の抑制にも優れている。さらに、ファイバ圧縮器は、分散プロファイルを柔軟に設計できるため、製造上の観点で優れている。
【００１５】
第１の態様において、前記光パルス発生手段は、繰り返し周波数が可変の光パルス列を前記光増幅器へ出力する機能と、前記繰り返し周波数を表すデジタル信号を前記制御ユニットへ出力する機能とを有する光パルス発生器であることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、制御ユニットは、光パルス発生器から出力されるデジタル信号により光パルスの繰り返し周波数を取得することができる。
【００１７】
第１の態様において、前記パルス発生手段は、分布帰還型半導体レーザと、電気パルスを出力して前記分布帰還型半導体レーザを利得スイッチ駆動する電気パルス発生器とを備え、前記電気パルス発生器は繰り返し周波数が可変の電気パルスを発生する機能を有し、前記分布帰還型半導体レーザは、前記電気パルス発生器から出力される電気パルスの注入により、利得スイッチ発振を起こして繰り返し周波数が可変の光パルスを発生し、前記電気パルス発生器は、前記光パルスの繰り返し周波数を表すデジタル値を直接、前記制御ユニットへ出力するようになっていることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、電気パルス発生器から出力される電気パルスの繰り返し周波数を変えることで、分布帰還型半導体レーザから繰り返し周波数が可変の光パルスを発生させることができる。また、制御ユニットは、電気パルス発生器から直接出力されるデジタル信号により光パルスの繰り返し周波数を取得することができる。
【００１９】
第１の態様において、前記光パルス発生手段は繰り返し周波数が可変の光パルス列を前記光増幅器へ出力する機能を有する光パルス発生器であり、前記励起制御手段は、前記光パルス発生手段から出力される前記光パルス列の各光パルスを受光する光パルス検出手段をさらに含み、前記制御ユニットは、前記光パルス検出手段で受光した各光パルスの時間データを高速フーリエ変換して前記光パルス列の繰り返し周波数を求めることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、制御ユニットは、光パルス検出手段で受光した各光パルスの時間データを高速フーリエ変換して光パルス列の繰り返し周波数を求めるので、光パルス発生器との間で、繰り返し周波数を取得するためのインターフェイスが不要になる。
【００２１】
第１の態様において、前記光パルス発生手段は、前記分布帰還型半導体レーザが利得スイッチ駆動されて該半導体レーザから出力される光パルスのチャープ補償をする分散補償ファイバをさらに含み、前記光パルス圧縮手段は、前記光増幅手段としての正常分散光増幅器と、前記正常分散光増幅器の出力側に接続された前記ファイバ圧縮器と、前記ファイバ圧縮器の出力側に接続された正常分散光増幅器および単一モードファイバとを含むことを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、正常分散光増幅器によりチャープ補償された光パルス列をパルス発生手段から出力させることができる。また、ファイバ圧縮器によるパルス圧縮と、正常分散光増幅器と単一モードファイバによるパルス圧縮とを行うことで、超短パルスのパルス幅をさらに小さくすることができる。
【００２３】
本発明の第２の態様は、繰り返し周波数が可変の光パルス列を発生し、前記光パルス列の各光パルスを光増幅手段により光増幅し、光増幅された前記各光パルスを光ファイバの非線形効果を利用してパルス圧縮して超短パルスを発生するパルス光源の制御方法であって、光増幅された前記光パルス列の平均パルスエネルギーが一定になるように、前記光増幅手段の励起を制御することを特徴とするパルス光源の制御方法である。
【００２４】
この構成によれば、入力する光パルス列の繰り返し周波数を変えても、出力パルス特性（パルスエネルギーとパルス幅）が一定の超短パルスを発生することができ、利便性の向上を図ることができる。
【００２５】
第２の態様において、前記光増幅手段に入力される前記光パルス列の繰り返し周波数を取得するステップと、前記光増幅手段へ励起光を出力する半導体レーザの電流制御初期値を、取得した前記繰り返し周波数に応じて設定するステップと、前記光増幅手段の出力側で前記光パルスの平均パワーを検出するステップと、前記平均パワーを前記繰り返し周波数で割った値である平均パルスエネルギーが一定になるように前記半導体レーザを制御するステップと、を備えることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、光パルス圧縮手段に入力される光パルスのパルスエネルギーが繰り返し周波数に応じて調整されるので、入力する光パルス列の繰り返し周波数を変えても、出力パルス特性が一定の超短パルスを発生することができ、利便性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の各実施形態を図面に基いて説明する。なお、各実施形態の説明において、同様の部位には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係るパルス光源３００Ａを示している。
【００２８】
このパルス光源３００Ａは、繰り返し周波数が可変の光パルス列を発生する光パルス発生手段としてのパルス発生器３０１と、光パルス発生器３０１から出力される光パルス列の各光パルスを光増幅する光増幅手段としての光ファイバ増幅器３０２とを備えている。さらに、パルス光源３００Ａは、光ファイバ増幅器３０２で光増幅された各光パルスを光ファイバの非線形効果を利用して圧縮する光パルス圧縮手段としての光パルス圧縮器３０３と、光ファイバ増幅器３０２の励起を制御する励起制御手段としての励起制御部３０４とを備えている。
【００２９】
パルス発生器３０１は、繰り返し周波数が可変の光パルス列を光ファイバ増幅器３０２へ出力する機能と、繰り返し周波数を表すデジタル信号を励起制御部３０４の制御ユニット３０５へ出力する機能とを有する光パルス発生器(Optical Pulse Source: OPS)３０６である。この光パルス発生器３０６は、光パルス列を発生する光回路（図示省略）と電気回路（図示省略）を備え、図示を省略した周波数切替えスイッチを手動で切り替えることで、光パルス列の繰り返し周波数を変えられるようになっている。例えば、光パルス発生器３０６は、図２（ａ）〜（ｆ）に示すように、光パルス列の繰り返し周波数を、５００ＭＨｚから１０００ＭＨｚまで１００ＭＨｚ間隔で６段階に変えられるようになっている。なお、図２（ａ）〜（ｆ）のグラフは、横軸は波長[nm]を、縦軸は光パワー[10dB/div.]をそれぞれ示している。
【００３０】
光ファイバ増幅器３０２として、エルビウムドープ光ファイバ増幅器(Erbium Dopped Fiber Amplifier: EDFA)が使用されている。図３において符号４００は、光ファイバ増幅器３０２に入力される増幅前の光パルスを示しており、また、符号４０１は光ファイバ増幅器３０２による増幅後の光パルスを示している。図３で、Ｔは光パルス４００の周期（Ｔ＝１／ｆ）であり、Δｔoutは光パルス４０１のパルス幅である。
【００３１】
光パルス圧縮器３０３は、高非線形ファイバ(Higly Nonlinear fiber: HNLF)と単一モードファイバ(SMF)のペアを多段に接続してなるファイバ圧縮器としてのコム状ファイバ(comb-like profiled fiber: CPF)圧縮器３１０を備え、このコム状ファイバ圧縮器３１０により、光ファイバ増幅器３０２で光増幅された光パルスを圧縮するようになっている。図３において、符号４０２は、光増幅後の光パルス４０１がコム状ファイバ圧縮器３１０により圧縮された後の光パルス（出力光）である。
【００３２】
励起制御部３０４は、光ファイバ増幅器３０２を励起する２つの半導体レーザ３１１，３１２と、光ファイバ増幅器３０２による光増幅後における光パルスの平均パワーを検出する光パワー検出手段としてのフォトダイオード３１３と、半導体レーザ３１１，３１２を制御する制御ユニット３０５とを備える。半導体レーザ３１１，３１２にはそれぞれ、制御ユニット３０５からの制御信号に応じた駆動電流を各半導体レーザに供給する駆動回路３１４，３１５が設けられている。
【００３３】
本実施形態のパルス光源３００Ａでは、光ファイバ増幅器３０２の励起方式を双方向励起方式としている。つまり、光ファイバ増幅器３０２の励起に使用する光（励起光）を被増幅光（信号光）である光パルスの進行方向と同方向に光ファイバ増幅器３０２に入射させる前方励起と、その進行方向と逆方向に励起光を光ファイバ増幅器３０２に入射させる後方励起とを同時に利用する構成になっている。
【００３４】
そのため、パルス光源３００Ａには、励起光を光パルスの進行方向に光ファイバ増幅器３０２に入射させる励起用の半導体レーザ３１１と、その逆方向に励起光を光ファイバ増幅器３０２に入射させる励起用の半導体レーザ３１２とが設けられている。光パルス発生器３０６から出力される光パルスを光ファイバ増幅器３０２に伝搬する光ファイバ３２０には、その光パルスをフォトダイオード３２１へ分岐する光分岐器３２２と、その光パルスと半導体レーザ３１１からの励起光を合波するＷＤＮ光ファイバカップラ３２３とが設けられている。
【００３５】
光ファイバ増幅器３０２で光増幅された光パルスは、光ファイバ３２４を伝搬してコム状ファイバ圧縮器３１０に入り、この圧縮器で圧縮された光パルスは光ファイバ３２５を伝搬して光パルス圧縮器３０３から出力されるようになっている。光ファイバ３２４には、半導体レーザ３１２からの励起光を光ファイバ増幅器３０２へ入射させるＷＤＮ光ファイバカップラ３２６と、光ファイバ増幅器３０２で光増幅された光パルスをフォトダイオード３１３へ分岐する光分岐器３２７とが設けられている。
【００３６】
励起制御部３０４の制御ユニット３０５は、各種の演算処理を行うＣＰＵ３３０、ＲＯＭ３３１、ＲＡＭ３３２、図示を省略したＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器などを備える。
【００３７】
ＣＰＵ３３０は、光ファイバ増幅器３０２に入力される光パルスの繰り返し周波数ｆを取得するための指令Ａを光パルス発生器３０６へ一定時間ごとに出力するようになっている。光パルス発生器３０６は、その指令Ａを受けると、繰り返し周波数を表すデジタル信号Ｂを制御ユニット３０５へ出力するようになっている。
【００３８】
また、ＣＰＵ３３０は、光ファイバ増幅器３０２へ励起光を出力する半導体レーザ３１１，３１２の電流制御初期値を、取得した繰り返し周波数ｆに応じて設定するとともに、設定した電流制御初期値に応じた駆動信号を駆動回路３１４，３１５へ出力して半導体レーザ３１１，３１２の駆動制御を開始するようになっている。この開始後、ＣＰＵ３３０は、フォトダイオード３１３で検出した光増幅後における光パルスのパワーから、平均パワーを算出し、この平均パワーを繰り返し周波数ｆで割った値である平均パルスエネルギーを算出する（１式参照）。そして、この算出した平均パルスエネルギーが一定になるように半導体レーザ３１１，３１２をフィードバック制御するようになっている。
【００３９】
Ｅout＝Ｐout／ｆ・・・（１式）
ここで、Ｅoutは平均パルスエネルギーであり、Ｐoutは平均パワーである。
【００４０】
ところで、光ファイバ増幅器３０２に入力される光パルスの平均パワーは、繰り返し周波数ｆが大きくなるほど大きくなる。光ファイバ増幅器３０２で増幅される光パルスの平均パワーの利得は一定にしなくてはならないので、光パルスの平均パワーが大きくなるほど、半導体レーザ３１１，３１２から光ファイバ増幅器３０２へ出力される励起光に必要な光パワーも大きくする必要がある。各半導体レーザ３１１，３１２の入力電流値に対する励起光パワー出力値の特性（Ｉ−Ｌ特性）は固有である。したがって、半導体レーザ３１１，３１２の電流制御初期値は各半導体レーザ３１１，３１２単体ごとに予め実験的に測定した上で、繰り返し周波数ｆに応じた最適値を例えばＲＡＭ３３２にデータテーブルとして記憶させておく。この場合、ＣＰＵ３３０は、そのデータテーブルを参照して繰り返し周波数ｆに応じた電流制御初期値を設定する。なお、このデータテーブルには、繰り返し周波数が可変である全ての周波数ｆ１〜ｆｎにそれぞれ対応する電流制御初期値が含まれている。
【００４１】
このように、本実施形態では、光パルスの平均パルスエネルギーが一定になるように半導体レー３１１，３１２を制御するが、この制御をＡＥＣ（Auto Energy Control）制御と呼ぶことにする。
【００４２】
次に、制御ユニット３０５のＣＰＵ３３０が実行するＡＥＣ制御の処理手順を図４に示すフローチャートに基いて説明する。
【００４３】
図４に示すＡＥＣ制御の処理は、パルス光源３００Ａの電源が投入されると、一定時間ごとに繰り返し実行される。
【００４４】
まず、ステップＳ１では、指令Ａを光パルス発生器３０６へ一定時間ごとに出力して、光ファイバ増幅器３０２に入力される光パルスの繰り返し周波数ｆを取得する。このとき、光パルス発生器３０６は、その指令Ａを受けると、繰り返し周波数ｆを表すデジタル信号Ｂを制御ユニット３０５へ出力する。ＣＰＵ３３０は、そのデジタル信号Ｂにより繰り返し周波数ｆを取得する。
【００４５】
次に、ステップＳ２に進み、光ファイバ増幅器３０２へ励起光を出力する半導体レーザ３１１，３１２の電流制御初期値を、取得した繰り返し周波数ｆに応じて設定する。
【００４６】
次に、ステップＳ３に進み、ステップＳ２で設定した電流制御初期値で半導体レーザ３１１，３１２の駆動する。このとき、ステップＳ２で設定した電流制御初期値に応じた駆動信号を駆動回路３１４，３１５へ出力して半導体レーザ３１１，３１２の駆動制御を開始する。
【００４７】
次に、ステップＳ４に進み、光ファイバ増幅器３０２の出力側で光増幅後の光パルスの平均パワーを検出する。ここでは、フォトダイオード３１３の光電出力に基き、フォトダイオード３１３で検出した光増幅後における光パルスのパワーから、上記１式における平均パワーを算出する。
【００４８】
次に、ステップＳ５で検出した平均パワーを繰り返し周波数ｆで割った値である平均パルスエネルギーを、上記１式により算出する。
【００４９】
次に、ステップＳ５で算出した平均パルスエネルギーが一定になるように半導体レーザ３１１，３１２をそれぞれフィードバック制御する。
【００５０】
この後、図４に示す処理を一旦終了する。
【００５１】
このようなＡＥＣ制御を行うことにより、パルス光源３００Ａで発生する超短パルスの光出力例を図５（ａ）、（ｂ）に示してある。図５（ａ）は出力光パルスの自己相関波形を示すグラフであり、（ｂ）は出力光パルスの光スペクトルを示すグラフである。
【００５２】
また、このパルス光源３００Ａにおける、パルス幅とパルスエネルギーの繰り返し周波数依存性を図６に示してある。図６において、黒丸と黒四角は、繰り返し周波数ｆが５００ＭＨｚ、６００ＭＨｚ、７００ＭＨｚ、８００ＭＨｚ、９００ＭＨｚおよび１０００ＭＨｚのときの出力光パルスのパルスエネルギとパルス幅をそれぞれ示している。図６から、入力する光パルス列４００の繰り返し周波数を変えても、出力パルス特性（パルスエネルギーとパルス幅）が一定の超短パルスを発生することができることが分かる。
【００５３】
以上説明した第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００５４】
・上記ＡＥＣ制御により、光パルス４００（図３参照）のエネルギーを光ファイバ増幅器３０２により光増幅する際に、光増幅された光パルス４０１（図３参照）の平均パルスエネルギーが一定になるように、光ファイバ増幅器３０２の励起を制御する。これにより、光パルス圧縮器３０３に入力される光パルス４０１のパルス幅Δｔout
が繰り返し周波数ｆが変わることで変わっても、光パルス圧縮器３０３における非線形効果を利用したパルス圧縮の効果が光パルス列の繰り返し周波数に依存しないで一定になる。したがって、入力する光パルス列４００の繰り返し周波数を変えても、出力パルス特性（パルスエネルギーとパルス幅）が一定の超短パルスを発生することができ、利便性の向上を図ることができる。
【００５５】
・断熱ソリトン圧縮技術の一つとして、コム状分散プロファイルファイバ(comb-like disprsion profiled fiber：CDPF）を用いる方法が知られている。このCDPFは、非線形媒質としてゼロ分散シフトファイバ（dispersion sifted-fiber: DSF)を、分散媒質として単一モードファイバ（single mode fiber: SMF)を用いて、それらを融着接続して作製される。本実施形態では、高非線形ファイバ(HNLF)と単一モードファイバ(SMF)のペアを多段に接続してなるコム状ファイバ(CPF)圧縮器３１０により、光ファイバ増幅器３０２で光増幅された各光パルスを圧縮する。このコム状ファイバ圧縮器３１０では、DSFの代わりにHLNFを用いるため、分散だけでなく非線形定数もコム状（くし状）のプロファイルを持つ。また、非線形媒質として分散値が小さく非線形定数が大きい光ファイバを用いるため、理想的な非線形媒質を得ることができるとともに、コム状ファイバ圧縮器３１０の短尺化を図ることができる。また、ステップ状分散プロファイルファイバ（step-like disprsion profiled fiber：SDPF）と同じように分散値の大きく異なる光ファイバを多段接続しているため、誘導ブリルアン散乱の抑制にも優れている。さらに、コム状ファイバ圧縮器３１０は、分散プロファイルを柔軟に設計できるため、製造上の観点で優れている。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るパルス光源３００Ｂを図７に基いて説明する。
【００５６】
このパルス光源３００Ｂは、パルス発生手段としてのパルス発生器３０１は、分布帰還型半導体レーザ(distributted feedback laser diode: DFB-LD)５００と、電気パルスを出力して分布帰還型半導体レーザ５００を利得スイッチ駆動する電気パルス発生器(electric pulse sourse; EPS)５０１とを備える。
【００５７】
電気パルス発生器５０１は、繰り返し周波数が可変の電気パルスを発生する電気パルス発生器(pulse pattern generator: PPG)と、その電気パルスを増幅する増幅器とを備える。
【００５８】
このパルス発生器３０１は、光源である分布帰還型半導体レーザ５００に電気パルス発生器５０１により電気パルス変調をかけて、繰り返し周波数ｆが可変の光パルス列を分布帰還型半導体レーザ５００から出力させるようになっている。つまり、パルス発生器３０１から出力される光パルス列の繰り返し周波数ｆは、電気パルス発生器５０１から出力され、分布帰還型半導体レーザ５００を利得スイッチ駆動するための電気パルスの繰り返し周波数により制御されるようになっている。
【００５９】
また、このパルス光源３００Ｂでは、電気パルス発生器５０１は、制御ユニット３０５のＣＰＵ３３０から光パルスの繰り返し周波数ｆを取得するための指令Ａを受けると、その繰り返し周波数ｆを表すデジタル信号を電気パルス発生器５０１から直接、制御ユニット３０５へ出力するようになっている。
【００６０】
パルス光源３００Ｂのその他の構成は、上記第１実施形態に係るパルス光源３００Ａと同様である。
【００６１】
以上説明した第２実施形態によれば、上記第１実施形態の奏する作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
【００６２】
・電気パルス発生器５０１から分布帰還型半導体レーザ５００へ出力される電気パルスの繰り返し周波数を変えることで、分布帰還型半導体レーザ５００から繰り返し周波数ｆが可変の光パルスを発生させることができる。
【００６３】
・制御ユニット３０５は、電気パルス発生器５０１から直接出力されるデジタル信号により光パルスの繰り返し周波数ｆを取得することができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るパルス光源３００Ｃを図８に基いて説明する。
【００６４】
前記励起制御手段としての励起制御部３０５は、光パルス発生器３０６から出力される繰り返し周波数ｆが可変の光パルス列の各光パルスを受光する光パルス検出手段としての前記フォトダイオード３２１を含む。
【００６５】
また、制御ユニット３０５は、フォトダイオード３２１で受光した各パルスの時間データを高速フーリエ変換して光パルス列の繰り返し周波数ｆを求めるように構成されている。
【００６６】
パルス光源３００Ｃのその他の構成は、上記第１実施形態に係るパルス光源３００Ａと同様である。
【００６７】
以上説明した第３実施形態によれば、上記第１実施形態の奏する作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
【００６８】
・制御ユニット３０５は、フォトダイオード３２１で受光した各光パルスの時間データを高速フーリエ変換して光パルス列の繰り返し周波数ｆを求めるので、光パルス発生器３０６との間で、繰り返し周波数ｆを取得するためのインターフェイスが不要になる。つまり、制御ユニット３０５のＣＰＵ３３０からパルス発生器３０６へ光パルスの繰り返し周波数ｆを取得するための指令Ａを送る信号線と、その繰り返し周波数ｆを表すデジタル信号を電気パルス発生器５０１から制御ユニット３０５へ送る信号線などが不要になり、その分コストの低減を図れる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るパルス光源３００Ｄを図９に基いて説明する。
【００６９】
このパルス光源３００Ｄでは、パルス発生器３０１は、分布帰還型半導体レーザ５００と、電気パルスを出力して分布帰還型半導体レーザ５００を利得スイッチ駆動する電気パルス発生器５０２と、分布帰還型半導体レーザ５００から出力される光パルスのチャープ補償をする分散補償ファイバ(dispersion compensating fiber: DCF)５１０とを備える。
【００７０】
電気パルス発生器５０２は、光源である分布帰還型半導体レーザ５００に電気パルス変調（強度変調）をかけて繰り返し周波数が可変の電気パルスを発生する電気パルス発生器(pulse pattern generator: PPG)を備える。
【００７１】
このパルス発生器３０１は、光源である分布帰還型半導体レーザ５００に電気パルス発生器５０１により電気パルス変調をかけて、繰り返し周波数ｆが可変の光パルス列を分布帰還型半導体レーザ５００から出力させるようになっている。つまり、パルス発生器３０１から出力される光パルス列の繰り返し周波数ｆは、電気パルス発生器５０２から出力され、分布帰還型半導体レーザ５００を利得スイッチ駆動するための電気パルスの繰り返し周波数により制御されるようになっている。
【００７２】
また、パルス光源３００Ｂでは、電気パルス発生器５０２は、制御ユニット３０５のＣＰＵ３３０から光パルスの繰り返し周波数ｆを取得するための指令Ａを受けると、その繰り返し周波数ｆを表すデジタル信号を電気パルス発生器５０２から直接、制御ユニット３０５へ出力するようになっている。
【００７３】
また、パルス光源３００Ｄの光パルス圧縮器３０３は、光増幅手段として、上記第１実施形態で用いているエルビウムドープ光ファイバ増幅器３０２に代えて、正常分散光増幅器（ＮＤ-ＥＤＦＡ）３４０を用いている。この光パルス圧縮器３０３では、パルス発生器３０１から出力されるチャープ補償された光パルス列の各光パルスのパルスエネルギーが、正常分散光増幅器３４０によりＣＰＦ圧縮に最適なパルスエネルギーまで増幅された後、コム状ファイバ圧縮器３１０に入力されるようになっている。
【００７４】
この光パルス圧縮器３０３はさらに、コム状ファイバ圧縮器３１０の出力側に接続された正常分散光増幅器３５０、３５１と、単一モードファイバ３５２とを備えている。つまり、光パルス圧縮器３０３では、コム状ファイバ圧縮器３１０によるパルス圧縮と、２つの正常分散光増幅器３５０、３５１と単一モードファイバ３５２によるパルス圧縮とを行うようになっている。正常分散光増幅器３５０、３５１はそれぞれ、半導体レーザ６００、６０１により励起されるようになっている。図９において、符号６０２、６０３は、制御ユニット３０５からの制御信号に応じた駆動電流を各半導体レーザ６００、６０１に供給する駆動回路である。
【００７５】
そして、コム状ファイバ圧縮器３１０と正常分散光増幅器３５０を接続する光ファイバ６１０には、半導体レーザ６００からの励起光を合波するＷＤＮ光ファイバカップラ７０１が設けられている。正常分散光増幅器３５０と正常分散光増幅器３５１を接続する光ファイバ６１１には、半導体レーザ６０１からの励起光を合波するＷＤＮ光ファイバカップラ７０２が設けられている。正常分散光増幅器３５１と単一モードファイバ３５２は光ファイバ６１２により接続されている。
【００７６】
パルス光源３００Ｄのその他の構成は、上記第１実施形態に係るパルス光源３００Ａと同様である。
【００７７】
以上説明した第４実施形態によれば、上記第１実施形態の奏する作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
【００７８】
・正常分散光増幅器３４０によりチャープ補償された光パルス列をパルス発生器３０１から出力させることができる。
【００７９】
・光パルス圧縮器３０３では、コム状ファイバ圧縮器３１０によるパルス圧縮と、２つの正常分散光増幅器３５０、３５１と単一モードファイバ３５２によるパルス圧縮とを行うことで、上記第１実施形態に係るパルス光源３００Ａよりもパルス幅の小さい超短パルスを発生することができる。
（第５実施形態）
図１０は、本発明の第５の実施形態による超短パルス光源を用いたシステムの構成を概略的に示すブロック図である。図１０において、要素番号１は電気パルス列を出力する電気パルス源または電子装置であり、要素番号２は、要素１からの電気パルス列を受信して、対応する光パルスを出力するパルス光源であり、要素番号３は、パルス光源２からの光パルスを受信し、パルス幅を圧縮する光パルス圧縮装置である。パルス光源２と光パルス圧縮装置３とを一体に形成し、全体として超短パルス光源４としてもよい。また、電気パルス源または電子装置１が専ら超短パルス発生のための電気パルスを出力する回路であり、超短パルス光源４に統合した形で形成された場合、図１０全体を超短パルス光源と見なすべきである。
【００８０】
光パルス圧縮装置３は、基本的には、パルス光源２からの光パルスを受信して増幅する
エルビウム添加ファイバ（erbium-doped fiber：ＥＤＦ）３２を用いた光増幅器３０、および光増幅器３０（または、ＥＤＦ３２）の出力と光ファイバを介して直列に接続された櫛形分散配置ファイバ（comb-like dispersion profiled fiber：ＣＤＰＦ）３４から構成される。このＥＤＦ３２とＣＤＰＦ３４との組み合わせにより、パルス光源２からの光パルスは、当業者には周知のごとく、ＥＤＦ３２により増幅され、ＣＤＰＦ３４により非線形効果と分散補償を繰り返し受けることにより、パルス幅が圧縮される。ＥＤＦ３２としては、例えば、正常分散ＥＤＦ（ＮＤ(normal dispersion)‐ＥＤＦ）を使用することができる。
【００８１】
第５実施形態によれば、光パルス圧縮装置３は、さらにＥＤＦ３２の直前に挿入されたＷＤＭ（波長分割多重）カプラ４２、４２ａ、カプラ４２の合波用端子に接続されたレーザダイオード（ＬＤ）４４、レーザダイオード４４の他端に接続されたＬＤ駆動回路４６，カブラ４２ａに接続され、レーザダイオード４４の発する光りをモニタできるように配置されたフォトダイオード（ＰＤ）４８、フォトダイオード４８の他端に接続された駆動パワー検出器５０，ＥＤＦ３２の出力側に挿入された光分波器５２，光分波器５２の分波出力端子と光学的に結合された平均出力パワー測定器５４，およびＬＤ駆動回路４６の制御入力端子と駆動パワー検出器５０の出力端子と平均出力パワー測定器５４の出力端子とが接続されたコントローラ６０から構成される。
【００８２】
電気パルス源または電子装置１は、制御部１２を含み、制御部１２は、要素１が出力する電気パルスの繰り返し周波数ｆを出力する。特に、繰り返し周波数が変化する場合、電気パルス源または電子装置１は、この変化に追随して頻繁に周波数ｆを出力することが好ましい。この出力ｆは、コントローラ６０に供給される。
【００８３】
電気パルス源または電子装置１は、電気パルス列を出力するものであれば、種々のパルス発生器、パルスパタン発生器、またはその他の電子装置など何でもよい。パルス光源２は、入力される電気パルスに応じて光パルスは発生するものであれば何でもよく、例えば、利得スイッチ駆動した分布帰還型半導体レーザ（distributed-feed back laser diode：ＤＦＢ−ＬＤ）などで構成される。平均出力パワー測定器５４は、当分野では周知のようにＥＤＦ３２の出力から分岐した光パルス信号を光電変換して得た光電変換信号から平均パルス電力Ｅａを求めてコントローラ６０に渡す。
【００８４】
コントローラ６０は、周知のように図示しないＣＰＵ（中央情報処理装置）の他、制御に必要なプログラム６４およびデータを格納する不揮発性メモリ６２などを備える。不揮発性メモリ６２には、起動時に駆動パワー検出器５０からの駆動パワーＰｄの制御目標値となる初期値Ｐ、および稼働中にＥＤＦ３２から出力される各光パルスのパルスエネルギーの制御目標値Ｅｔを繰り返し周波数ｆに対応づけて収容するデータテーブル６２を格納するものとする。
【００８５】
図１１は、図１０のコントローラ６０の不揮発性メモリ６２に格納されるデータテーブル６６の構造例とこれに関連するデータの流れを示す図である。図１１に示したデータテーブル６６は、パルスエネルギーとして予め３つの設定値Ｅｔα、ＥＴβおよびＥＴγが用意されている場合の例である。利用者またはホストシステムは、これらの１つを選択したり、あるいは所望のパルスエネルギー値を入力することにより、パルスエネルギーを設定することができるものとする。データテーブル６６は、繰り返し周波数ｆ１，ｆ２，．．．の各々に対するレコードからなる。各レコードｆｉ（ｉ＝１，２，．．．）は、起動時に駆動パワー検出器５０からの駆動パワーＰｄの制御目標値となる初期値Ｐｉ、選択可能なパルスエネルギー目標値Ｅｔαｉ、ＥＴβｉおよびＥＴγｉから構成される。
【００８６】
このように、目標とする１つのパルスエネルギーＥｔαに対し、繰り返し周波数ｆ１，ｆ２，．．．の各々に対応した制御目標値Ｅｔα１，Ｅｔα２，．．．が必要となる。このようにする必要があるのは、パルス光源２からの入力パルスのパルスエネルギーが例えば０．１ｐＪでパルス幅が１０ｐｓの場合、これを光パルス圧縮装置３で圧縮して、例えばパルスエネルギーが１ｐＪでパルス幅が１ｐｓの超短パルスを得る場合を考えると、繰り返し周波数ｆが５００ＭＨｚであれば、ＥＤＦ３２は５０μＷの入力電力を５００μＷの出力電力に増幅するためにレーザダイオード４４に１００ｎＡの電流を流す必要があるが、ｆが１ＧＨｚであれば、ＥＤＦ３２は１００μＷの入力電力を１０００μＷの出力電力まで増幅するためにレーザダイオード４４に２００ｎＡの電流を流す必要があるからである。
【００８７】
また、コントローラ６０の図示しないＲＡＭ（random access memory）には、上述のように電気パルス源または電子装置１などの外部装置から供給される繰り返し周波数ｆ（繰り返し周波数の受信値ｆと称する）を格納する記憶箇所６８２，ホストシステムまたは利用者から送られるパルスエネルギーの設定目標値Ｅｔを格納する記憶箇所６８４、記憶箇所６８２の繰り返し周波数受信値ｆのコピーを繰り返し周波数の現在値ｆｃとして格納する記憶箇所６８２ａ、および記憶箇所６８４のパルスエネルギーの設定目標値Ｅｔのコピーを現在の設定目標値として格納する記憶箇所６８４ａが含まれる。
【００８８】
以上のように構成された光パルス圧縮装置３の動作を図１１および図１２を参照しながら説明する。図１２〜図１５のフローチャートは、図１０のコントローラ６０の不揮発性メモリ６２に格納されるプログラム６４の処理の流れを表すものである。
【００８９】
図１２は、コントローラ６０が、図１０の超短パルス光源４または光パルス圧縮装置３を含むホストシステムから供給されるパルスエネルギー制御目標値（設定目標値）Ｅｔを受信した際に実行するパルスエネルギー目標値受信割り込み処理ルーチンのフローチャートである。図１２において、コントローラ６０は、設定目標値Ｅｔを受信すると、ステップ１０２において、受信した設定目標値Ｅｔを所定の記憶箇所６８４に記憶し、後述のメインプログラム（図１４）に戻る。
【００９０】
図１３は、図１０のコントローラ６０が、繰り返し周波数ｆ（受信値）を取得した際に、呼び出して実行する繰り返し周波数受信割り込み処理ルーチンのフローチャートである。図１３において、コントローラ６０は、繰り返し周波数ｆを取得する（図１０の例では、電気パルス源または電子装置１から受け取る）と、取得した繰り返し周波数受信値ｆを記憶箇所６８２に記憶し、図１４のメインプログラムに戻る。
【００９１】
図１４は、図１０のコントローラ６０の不揮発性メモリ６２に格納された増幅器制御プログラム６４のメインプログラムの処理の流れを示すフローチャートである。図１４のプログラムは、システム起動と同時に呼び出されて実行される。
【００９２】
図１４において、コントローラ６０は、まず初期化処理の一部として、ステップ１１０において、設定目標値Ｅｔが格納される記憶箇所６８４をクリアする。次に、判断ステップ１１２において、繰り返し周波数受信値ｆを格納場所６８２から読み出し（以降、単に「繰り返し周波数受信値ｆ６８２を読み出す」という具合に記す）、受信値ｆがテーブル６６にあるか否かを判断する（図１１）。受信値ｆがテーブル６６にある場合、ステップ１１４において受信値ｆ（この場合、ｆｉ（ｉ＝１，２，．．．））に対応する、レーザダイオード４４駆動制御（この制御は、ＬＤ駆動回路４６、レーザダイオード４４、フォトダイオード４８、駆動パワー検出器５０およびコントローラ６０の閉ループで行われる）の目標値の初期値Ｐｉを該当する初期値Ｐとして読み出す。
【００９３】
このとき、記憶箇所６８２の受信値ｆを繰り返し周波数の現在値ｆｃとして記憶箇所６８２ａに記憶することが望ましい。これにより、以降の処理において記憶箇所６８２と６８２ａを比較することにより、新たな受信値ｆを受け取ったか否かを判定することができる。
【００９４】
判断ステップ１１２において、受信値ｆに一致するｆｉがない場合、受信値ｆに最も近い２つの初期値ｆｉとｆｉ＋１（ｉ＋１は添え字である）を用いて補完し、この補完値を該当の初期値Ｐとする。そして、この初期値Ｐを目標値として起動時の帰還制御を行うために、ステップ１１８において、ＬＤ駆動回路４６の設定値Ｖを所定の初期値（例えば、バイアス値）から単位量ずつ増加させながら、目標値の初期値Ｐと駆動パワー検出器５０から送られる駆動パワーＰｄとを比較し、ステップ１２０において、駆動パワーＰｄが初期値Ｐに所定の範囲ＴＨｐまで近づいたかどうか、即ち、Ｐ−Ｐｄ≦ＴＨｐかどうか判断する。Ｐ−Ｐｄ≦ＴＨとなるまで、ステップ１１８を行い、Ｐ−Ｐｄ≦ＴＨｐとなった場合、ＬＤ駆動回路４６の初期設定が完了したことになるので、次のステップ１２２に進み、稼働状態となる。
【００９５】
ステップ１２２において、使用者またはホストシステムにより設定されるパルスエネルギー目標値Ｅｔの格納場所６８４を読み出して、目標値Ｅｔが設定されたか否かを判断する。これは、記憶箇所６８４にステップ１１０のクリア値が残っているか否かで判断できる。
【００９６】
目標値Ｅｔが設定されていない場合、ステップ１２３において、繰り返し周波数ｆの受信に対応する処理を行う。即ち、記憶箇所６８２と６８２ａとを比較することにより、新たな繰り返し周波数ｆを受信したかどうかを判断し、受信していなか、ステップ１１２の時と同じ値を受信した場合は何もせずステップ１２３を終えるが、新たな繰り返し周波数ｆを受信している場合、ステップ１１４または１１６と同じ要領で該当する初期値Ｐを決定し、レーザダイオード４４の駆動パワーＰｄがこの初期値Ｐに収束するように帰還制御を行い、｜Ｐ−Ｐｄ｜≦ＴＨｐ（現在の初期値Ｐが以前の値より小さい場合もあるので、Ｐ−Ｐｄの正負によって増減を行う）となった場合、ステップ１２３を終了する。新たな繰り返し周波数ｆ受信したか否かに関わらず、ステップ１２３の終了後はステップ１２２に戻る。
【００９７】
以上のように、本発明によれば、ＥＤＦ３２または光増幅器３０から出力される各パルスのエネルギー（パルスエネルギー）の目標値が設定されていない起動の直後は、繰り返し周波数に応じた初期値Ｐをデフォルトの目標値としてレーザダイオード４４の駆動制御を行い、設定目標値が設定されるまで、繰り返し周波数受信値ｆが変更されるたびに最適な初期値Ｐに更新されるので、ＥＤＦ３２または光増幅器３０から出力される光パルスのエネルギーが周波数に依らず一定に保持される。
【００９８】
ステップ１２２において、記憶箇所６８４に設定目標値が設定されている場合、判断ステップ１２４に進む。ステップ１２４において、繰り返し周波数受信値ｆ６８２および設定目標値Ｅｔ６８４を読み出し、これらがデータテーブル６６にあるか否かを判断する。両方ともデータテーブル６６にある場合、ステップ１２６において、データテーブル６６から該当する目標値Ｅｔｊ，ｉ（ｊ＝α，β，γ、ｉ＝１，２，．．．）を「現在の目標値Ｅｔａ」として読み出し、このときの記憶箇所６８２および６９４の値（即ち、繰り返し周波数受信値ｆおよび設定目標値Ｅｔ）を対応する記憶箇所６８２ａおよび６８４ａにそれぞれコピーする。
【００９９】
一方、判断ステップ１２４において、繰り返し周波数受信値ｆ６８２、設定目標値Ｅｔ６８４またはこれらの両方がデータテーブル６６にない場合、ステップ１２８において、データテーブル６６の補間を行う。すなわち、設定目標値Ｅｔのみが対応するＥｔｊ（ｊ＝α，β，γ）がある場合、繰り返し周波数受信値ｆに最も近い２つの繰り返し周波数ｆｉおよびｆｉ＋１のレコードのＥｔｊフィールドの目標値Ｅｔｊ，ｉおよびＥｔｊ，ｉ＋１を用いて補間値を求める。繰り返し周波数受信値ｆのみが対応するｆｉ（ｉ＝１，２，．．．）がある場合、設定目標値Ｅｔに最も近い２つの設定目標値ＥｔｊおよびＥｔｊ＋１のフィールドのｆｉレコードの目標値Ｅｔｊ，ｉおよびＥｔｊ＋１，ｉを用いて補間値を求める。同様に、繰り返し周波数受信値ｆと設定目標値Ｅｔの両方ともデータテーブル６６にない場合、上述の補間を組み合わせることにより、４つの目標値Ｅｔｊ，ｉ，Ｅｔｊ，ｉ＋１，Ｅｔｊ＋１，ｉおよびＥｔｊ＋１，ｉ＋１を用いて補間を行い、補間値を求める。このようにして求めた補間値を現在の目標値Ｅｔａとする。
【０１００】
このように、本発明によれば、繰り返し周波数および設定目標値に予め用意されたデータがない場合も、補完を行うことにより、用意されたデータから補完可能な範囲であれば、目標値が無段階に設定することができる。したがって、パルスエネルギーまたはパルス幅の設定の自由度が増すので、広い用途に対応することができる。なお、補完には、内挿法にみならず、外挿法もあり得るので、補完可能な範囲には、用意されたデータから外挿法で補完可能な範囲も含まれると考えるべきである。
【０１０１】
なお、ステップ１２６および１２８の何れの場合も、目標値を決定した場合、図２に示すように、記憶箇所６８２および６９４の値（即ち、繰り返し周波数受信値ｆおよび設定目標値Ｅｔ）を対応する記憶箇所６８２ａおよび６８４ａにそれぞれコピーする。ステップ１２６または１２８の終了後、ステップ１３０に進む。
【０１０２】
ステップ１３０以降において、ＬＤ駆動装置４６、レーザダイオード４４、ＥＤＦ３２
、平均出力パワー測定器５４、およびコントローラ６０からなる閉ループにより帰還制御を行う。この場合、平均出力パワー測定器５４から受信した平均出力パワーＥａを繰り返し周波数ｆで割った商（即ち、光パルス当たりのエネルギー）Ｅをパルスエネルギーとして求め、このパルスエネルギーＥに基づいて帰還制御を行う。
【０１０３】
即ち、判断ステップ１３０において、現在の目標値ＥｔａとパルスエネルギーＥとを比較し、ＥｔａとＥとの差が所定の閾値ＴＨｅ以下であるか否か、即ち｜Ｅｔａ−Ｅ｜≦ＴＨｅか否かを判断する。判断結果がＹＥＳである場合、後述の入力チェック（ステップ１３４）を行う。判断ステップ１３０において、ＥｔａとＥとの差が所定の閾値ＴＨｅを超える場合（ＮＯの場合）、ステップ１３２において、Ｅｔａ−Ｅが正であるか否かを判断し、ＹＥＳの場合（即ち、Ｅｔａ−ＥがＴＨｅを超えている場合）、ステップ１３６において、ＬＤ駆動装置４６の制御値Ｖを単位量だけ大きくする。ステップ１３２において、判断結果がＮＯの場合（Ｅ−ＥｔａがＴＨｅを超えている場合）、ＬＤ駆動装置４６の制御値Ｖを単位量だけ大きくする。判断ステップ１３０の結果がＹＥＳの場合、およびステップ１３６または１３８の終了した場合、何れも入力チェックステップ１３４に進む。
【０１０４】
図１５は、図１４の入力チェックステップ１３４の詳細を示すフローチャートである。図１５では、判断ステップ１４０において、記憶箇所６８２ａに格納されている繰り返し周波数の現在値ｆｃは、対応する記憶箇所６８２に格納されている繰り返し周波数受信値ｆと同じかどうか判断する。同じなら、更なる判断ステップ１４２において、記憶箇所６８４ａに格納されている現在の設定目標値Ｅｔｃは、対応する記憶箇所６８４に格納されている受信した設定目標値Ｅｔと同じかどうか判断する。同じならば、設定値に変化はないので、何もせず図３Ｃのステップ１３０へ戻る。
【０１０５】
判断ステップ１４０または１４２においてＮＯの場合、即ち、何れかの設定値に変更があった場合、図１４のステップ１２４へ戻る。
【０１０６】
以降、ステップ１２４以降の処理を繰り返すことにより、光増幅器３０またはＥＤＦ３２から出力される光パルスの平均エネルギーＥａではなく、光増幅器３０またはＥＤＦ３２から出力される光パルスのパルス当たりのパルスエネルギーＥ（＝Ｅａ／ｆ）にもと図いて、繰り返し周波数ｆに関わりなくパルスエネルギーＥが一定になるように制御を行う。パルスエネルギーＥが一定であるからパルス幅も一定であることは言うまでもない。
＜第５実施形態の変形例＞
第５実施形態では、繰り返し周波数ｆの情報を電気パルス源または電子装置１から得ていたが、外部から繰り返し周波数ｆを取得する別の形態も考えられる。
【０１０７】
例えば、図１６は、図１０のパルス光源２の別の形態を示すブロック図である。同図に示すように、パルス光源２が制御部２２を備え、自分が出力する光パルスの繰り返し周波数ｆを制御部２２が出力するように構成してもよい。
【０１０８】
また、図１７は、図１０の電気パルス源または電子装置１とパルス光源２との組み合わせに代えて、使用可能な電子光学装置の構成例を示すブロック図である。図１７に示すように、電子光学装置１ａが、パルス光源２を含み、制御部１２ａが繰り返し周波数ｆを出力するような構成もあり得る。
（第６実施形態）
以上述べた第５の実施形態およびその変形例では、超短パルス光源４の光パルス圧縮装置３の光増幅器３０の増幅制御部４０のコントローラ６０が繰り返し周波数ｆを外部から受信していたが、増幅制御部４０の内部で繰り返し周波数ｆを得ることが可能である。図１８は、本発明の第６の実施形態により繰り返し周波数ｆを演算により求める光パルス圧縮装置の構成を示すブロック図である。図１８の増幅制御部４０ａは、平均出力パワー測定器５４で得た光電変換信号Ｓｅの出力をコントローラ６０ａに伝える導線２００を備え、不揮発性メモリ６４ａのプログラム６４ａが繰り返し周波数ｆ算出ルーチン２０２を備えたことを除けば、図１０の増幅制御部４０と同一である。この相違にともない、図１８では、光パルス圧縮装置を３から３ａに、光増幅器を３０から３０ａに変更してある。繰り返し周波数ｆ算出ルーチン２０２は、当御者には周知のように、ＥＤＦ３２の出力光パルスに対応する光電変換信号Ｓｅを高速フーリエ変換（first Fourier transform：ＦＦＴ）することにより、光パルスの繰り返し周波数ｆを求める。
＜第６実施形態の変形例＞
しかし、繰り返し周波数ｆが急激に変化し、その変化に充分追随して出力光パルスのパルスエネルギーを一定に保つには、ソフトウェア演算で繰り返し周波数ｆを算出したのでは間に合わない場合もある。そのよう場合、繰り返し周波数の算出をソフトウェアではなく、ハードウェアで行うことが好ましい。この場合、には、ｆ演算ルーチン２０２を設ける代わりに、繰り返し周波数算出処理の一部（例えば、ＦＦＴ演算）または全部をＦＦＴ演算部（図示せず）または繰り返し周波数演算部（図示せず）として導線２００に挿入すればよい。
（第７実施形態）
以上述べた、第５及び第６実施形態とそれらの変形例では、光パルス圧縮装置３は光増幅器３０を１しか備えていない。しかし、光パルス圧縮装置は、複数の光増幅器を用いて種々の形態で実現可能である。
【０１０９】
図１９は、本発明の第７実施形態により複数の光増幅器を用いた光パルス圧縮装置の構成を示すブロック図である。図１９において、光パルス圧縮装置３ｂは、図１０の光パルス圧縮装置３に２つのＥＤＦ３２とその後段に配置されたシングルモードファイバ（ＳＭＦ）３６を追加した構成である。このような場合、本発明の増幅制御部４０または４０ａを各ＥＤＦ３２ごとに備えればよい。これにより、ＥＤＦ３２による光増幅器ごとに、出力光パルスのパルスエネルギーＥまたはパルス幅を一定に保つことが可能となる。
【０１１０】
以上は、本発明の説明のために実施の形態の例を掲げたに過ぎない。したがって、本発明の技術思想または原理に沿って上述の実施の形態に種々の変更、修正または追加を行うことは、当業者には容易である。
【０１１１】
例えば、図１８に示す実施形態において繰り返し周波数ｆをＥＤＦ３２の出力光パルスを光電変換した電気信号から求めたが、ＥＤＦ３２の入力光パルスを光電変換して求めることも可能である。
【０１１２】
（変形例）
なお、この発明は、以下のように変更して具体化することもできる。
【０１１３】
・上記第２、第４実施形態のパルス発生器３０１では、電気パルス発生器５０１、５０２により、分布帰還型半導体レーザ５００に電気パルス変調（直接強度変調）をかけて繰り返し周波数が可変の光パルス列を発生するようになっている。このような直接強度変調方式に代えて、ＬＮ（ＬｉｎｂＯ３）強度変調器等の外部変調器により光源からの連続光を変調する外部変調方式を用いても良い。
【０１１４】
・上記第１、第３実施形態において、パルス発生器(OPS)３０６は、上記第２、第４実施形態のパルス発生器３０１のような直接強度変調方式と、上記外部変調方式のいずれにより構成しても良い。
【０１１５】
・上記第１、第２および第４実施形態では、ＣＰＵ３３０は、メモリに記憶されたデータテーブルを参照して繰り返し周波数ｆに応じた電流制御初期値を設定するようになっている。これらの各実施形態において、光ファイバ増幅器３０２、３４０の各出力（利得）特性も半導体レーザと同様に固有であるので、繰り返し周波数ｆと使用する光ファイバ増幅器の特性とに応じた電流制御初期値をデータテーブルを参照して読み出すように構成しても良い。
【０１１６】
・上記第１〜第４実施形態では、高非線形ファイバ(HNLF)と単一モードファイバ(SMF)のペアを多段に接続してなるファイバ圧縮器として、分散だけでなく非線形定数もコム状のプロファイルを持つコム状ファイバ圧縮器３１０を用いているが、本発明はこれに限定されない。コム状ファイバ圧縮器３１０に代えて、分散と非線形定数のプロファイルがコム状以外の形状のファイバ圧縮器を使用する場合にも本発明は適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超短パルス光源の構成を示すブロック図。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は繰り返し周波数の異なる入力光パルスの光スペクトルをそれぞれ示すグラフ、（ｇ）〜（ｌ）は繰り返し周波数の異なる入力光パルスの自己相関波形をそれぞれ示すグラフ。
【図３】入力光パルスが増幅されてパルス圧縮される様子を示す説明図。
【図４】制御ユニットで実行するＡＥＣ制御の処理手順を示すフローチャート。
【図５】（ａ）は出力光パルスの自己相関波形を示すグラフ、（ｂ）は出力光パルスの光スペクトルを示すグラフ。
【図６】出力光パルスの出力特性の繰り返し周波数依存性を示すグラフ。
【図７】本発明の第２実施形態に係る超短パルス光源の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る超短パルス光源の構成を示すブロック図。
【図９】本発明の第４実施形態に係る超短パルス光源の構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の第５実施形態による超短パルス光源の構成を示すブロック図。
【図１１】図１０の不揮発性メモリに格納されるデータテーブルの構造例とこれに関連するデータの流れを示す図。
【図１２】ホストシステムから供給されるパルスエネルギー制御目標値（設定目標値）の受信時に実行される割り込み処理ルーチンのフローチャート。
【図１３】コントローラが繰り返し周波数（受信値）を取得した際に実行する繰り返し周波数受信割り込み処理ルーチンのフローチャート。
【図１４】図１０のコントローラの不揮発性メモリに格納された増幅器制御プログラムのメインプログラムの処理の流れを示すフローチャート。
【図１５】図１４の入力チェックステップの詳細を示すフローチャート。
【図１６】図１０のパルス光源の別の形態を示すブロック図。
【図１７】図１０の電気パルス源または電子装置とパルス光源との組み合わせに代えて、使用可能な電子光学装置の構成例を示すブロック図。
【図１８】本発明の第６実施形態により繰り返し周波数を演算により求める光パルス圧縮装置の構成を示すブロック図。
【図１９】本発明の第７実施形態より複数の光増幅器を用いた光パルス圧縮装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【０１１８】
３００Ａ、３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄ…パルス光源３００Ａ、３０１…パルス発生器、３０２，３４０…光ファイバ増幅器、３０３…光パルス圧縮器、３０４…励起制御部、３０５…制御ユニット、３０６…光パルス発生器、３１０…コム状ファイバ圧縮器、３１１，３１２…半導体レーザ、３１２，３１３…フォトダイオード、３５０，３５１…正常分散光増幅器、３５２…単一モードファイバ、５００…分布帰還型半導体レーザ、５０１，５０２…電気パルス発生器、５１０…分散補償ファイバ。
【図１】
2006309215.tif 000003
【図２】
2006309215.tif 000004
【図３】
2006309215.tif 000005
【図４】
2006309215.tif 000006
【図５】
2006309215.tif 000007
【図６】
2006309215.tif 000008
【図７】
2006309215.tif 000009
【図８】
2006309215.tif 000010
【図９】
2006309215.tif 000011
【図１０】
2006309215.tif 000012
【図１１】
2006309215.tif 000013
【図１２】
2006309215.tif 000014
【図１３】
2006309215.tif 000015
【図１４】
2006309215.tif 000016
【図１５】
2006309215.tif 000017
【図１６】
2006309215.tif 000018
【図１７】
2006309215.tif 000019
【図１８】
2006309215.tif 000020
【図１９】
2006309215.tif 000021