(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザー分光法のためのシングルキャビティデュアルコム又はマルチコムを生成する。【解決手段】生成するための方法であって、ポンプ光源１１と、利得媒質１７と、分光フィルター４１を有する共振器１００とを含むレーザーシステムを提供するステップと、分光フィルター４１によって共振器内の光をスペクトル的にフィルタリングし、２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域が提供されるように、少なくとも１つがレーザーシステムの利得帯域幅内に完全に位置する１つ以上の波長域を分光フィルター４１によって減衰させ、特に阻止するステップと、２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をモード同期するステップとを含む方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー分光法のためのシングルキャビティデュアルコム又はマルチコムを生成するための方法であって、
ポンプ光源と、利得媒質と、分光フィルターを有する共振器とを含むレーザーシステムを提供するステップと、
前記分光フィルターによって前記共振器内の光をスペクトル的にフィルタリングし、２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域が提供されるように、少なくとも１つが前記レーザーシステムの利得帯域幅内に完全に位置する１つ以上の波長域を前記分光フィルターによって減衰させ、特に遮断するステップと、
前記２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をモード同期するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記生成されたデュアルコム又はマルチコムをそれらの繰り返し率及びオフセット周波数それぞれに関して安定させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
非線形媒質、例えば、結晶、ファイバー、ガラス、又は気体媒質のうちの少なくとも１つによって、前記レーザースペクトルの少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトルをスペクトル的に重ね合わせ、それによってそれぞれスペクトル的に重ね合わせたデュアルコム又はマルチコムを得るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をモード同期するステップは、そのピーク強度に応じて前記光の強度損失を操作するステップをさらに含み、
特に、強度損失を操作することは、前記利得媒質から出力結合された光の偏光を前記分光フィルターに入射する前に操作することと、前記分光フィルターによって操作された光の偏光を前記利得媒質に再入射する前に操作することとを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記分光フィルターは、回折格子圧縮器、誘電体ミラー、ファイバーブラッグ回折格子、プリズム圧縮器、又は吸収フィルターのうちの１つ以上を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記スペクトル的にフィルタリングするステップは、前記分光フィルターが回折格子圧縮器又は吸収フィルターのうちの１つ以上を含む場合に、前記分光フィルターによって前記共振器内の光を空間的に分散させることを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記レーザースペクトルのキャリアエンベロープを変調するステップと、
光を一方向に供給して前記利得媒質に戻すステップと、
前記共振器から出力結合された光を増幅し、増幅した光を他の回折格子圧縮器によって時間領域で圧縮するステップと
をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記利得媒質は、特にＹｂ、Ｅｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｍのうちの１つがドープされた、ドープファイバー、ドープ結晶又はドープガラスであり、前記レーザーシステムは、非線形偏光旋回（ＮＰＥ）レーザー、非線形増幅ループミラー（ＮＡＬＭ）レーザーを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
レーザー分光法のためのシングルキャビティデュアルコム又はマルチコムを生成するためのレーザーシステムであって、
ポンプ光源、利得媒質、及び共振器と、
２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をモード同期するための手段と
を含み、
前記共振器は、２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域が設けられるように、前記共振器内の光をスペクトル的にフィルタリングするため、及び少なくとも１つが前記レーザーシステムの利得帯域幅内に完全に位置する１つ以上の波長域を減衰させるための分光フィルターを含む、レーザーシステム。
【請求項１０】
前記生成されたデュアルコム又はマルチコムをそれらの繰り返し率及びオフセット周波数それぞれに関して安定させるための手段をさらに含む、請求項９に記載のレーザーシステム。
【請求項１１】
前記レーザースペクトルの少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をスペクトル的に重ね合わせ、それによってそれぞれスペクトル的に重ね合わせたデュアルコム又はマルチコムを得るための非線形ファイバーをさらに含む、請求項９又は１０に記載のレーザーシステム。
【請求項１２】
前記利得媒質は、特にＹｂ、Ｅｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｍのうちの１つがドープされた、ドープファイバー、ドープ結晶又はドープガラスであり、
前記レーザーシステムは、カー効果に基づく超短パルスファイバーレーザー、特に非線形偏光旋回（ＮＰＥ）レーザー、非線形増幅ループミラー（ＮＡＬＭ）レーザー又はカーレンズモード同期（ＫＬＭ）レーザーのうちの１つ、又は可飽和吸収体、例えばＳＥＳＡＭ又はグラフェンモード同期レーザー、のうちの１つを含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載のレーザーシステム。
【請求項１３】
前記２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をモード同期するための手段は、そのピーク強度に応じて光の強度損失を操作するためのマニピュレーターを含み、特に前記マニピュレーターは、
前記利得媒質から出力結合された光の偏光を前記分光フィルターに入射する前に操作するための第１偏光マニピュレーター及び前記分光フィルターによって操作された光の偏光を前記利得媒質に再入射する前に操作するための第２偏光マニピュレーター、
又はモード同期を確立するための可飽和吸収体、
又はカーレンズモード同期を確立するための開口部及びカーレンズ
を含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載のレーザーシステム。
【請求項１４】
前記分光フィルターは、前記レーザーシステムの利得帯域幅内に完全に位置する波長域を減衰させ、特に遮断し、それによって前記レーザースペクトルの少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をそれぞれ提供するための少なくとも１つの減衰器を含む、請求項９から１３のいずれか一項に記載のレーザーシステム。
【請求項１５】
前記分光フィルターは、回折格子圧縮器、誘電体ミラー、又は吸収フィルターのうちの１つ以上を含み、
前記回折格子圧縮器は、前記共振器内で光をスペクトル的に分散させるための一対の回折格子と、分散させた光を反射させて前記回折格子に戻すための反射器とを含む、請求項９から１４のいずれか一項に記載のレーザーシステム。
【請求項１６】
前記レーザースペクトルのキャリアエンベロープ及び／又は繰返し率を変調するための電気光学変調器（ＥＯＭ）と、
光を一方向に供給して前記利得媒質に戻すための少なくとも１つのファラデーアイソレーターと、
前記共振器から出力結合された光を増幅するための増幅器と、
増幅した光を時間領域で圧縮するための他の回折格子圧縮器と
をさらに含む、請求項９から１５のいずれか一項に記載のレーザーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー分光法及び対応するレーザーシステムの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の広帯域分光法及び波長可変レーザー分光法の利点を組み合わせた多用途技術としてデュアルコム（ＤＣ）分光法が出現した（ＳＣＨＩＬＬＥＲ、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．２７、Ｎｏ．９、２００２年５月１日、Ｔ  ＩＤＥＧＵＣＨＩ、Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｎｅｗｓ、Ｖｏｌ．２８、Ｉｓｓｕｅ  １、ｐ３２−３９、２０１７年１月１日参照）。デュアルコムを使用することによって、バーチャル・イメージ・フェーズ・アレイ又はフーリエ変換分光器のような複雑で高価な検出器アセンブリは不要である。しかしながら、そのようなシステムは伝統的に互いに能動的に安定させた２つの同一のモード同期レーザーからなり、しばしば高価で複雑なシステムをもたらす（Ｉ  ＣＯＤＤＩＮＧＴＯＮＩ他、Ｐｈｙｓ  Ｒｅｖ  Ｌｅｔｔ  １００、０１３９０２、２００８年１月、Ｉ  ＣＯＤＤＩＮＧＴＯＮＩ他、Ｏｐｔｉｃａ  Ｖｏｌ．３、Ｎｏ．４、４１４、２０１６年４月参照）。ダウンコンバートされた無線周波数コムにおけるコモンモードノイズ除去による受動的相互コヒーレンスを目的として、単一のレーザーキャビティを用いて２つのパルス列を生成するための様々なアプローチが実証された（Ｓ．Ｍ．ＬＩＮＫ他、Ｏｐｔ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２３、５５２１−５５３１、２０１５年３月９日参照）。しかしながら、そのようなシングルキャビティデュアルコム光源は、通常、特定の種類の発振器用に設計されており、他の種類のレーザーに組み入れるのは困難である。要約すると、デュアルコム光源の明らかな欠点は、しばしば複雑で高価な発振器設計、又は２つの相互にコヒーレントな光周波数コムの必要性である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記を考慮して、本発明は、上述の制限に対する代替的な解決策を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、単一源からデュアルコム又はマルチコムを生成するための強力かつ容易に実施可能な方法を開示する。当然のことながら、通常、レーザーはポンプ、利得媒質、及び共振器を含む。時として、発振器又はキャビティという用語も、共振器及び利得媒質を指すために使用されるが、ポンプを除く。利得スペクトルの異なるスペクトル部分に対するキャビティ損失を操作することによって、本開示は、同じレーザーから生じる少なくとも２つの周波数コムを提供することを開示する。以下では、スペクトル部及びスペクトル部分という用語は同義的に使用される。
【０００５】
本発明によれば、レーザー分光法のためのシングルキャビティデュアルコム又はマルチコムを生成するための方法であって、ポンプ光源と、利得媒質と、分光フィルターを有する共振器とを含むレーザーシステムを提供するステップと、分光フィルターによって共振器内の光をスペクトル的にフィルタリングし、２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域が提供されるように、少なくとも１つがレーザーシステムの利得帯域幅内に完全に位置する１つ以上の波長域を分光フィルターによって減衰させ、特に遮断するステップと、２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をモード同期するステップとを含む方法が提供される。
【０００６】
レーザービームは一般に入手可能なコヒーレント光源である。一般にレーザービームの場合、パルス化する必要はなく、光共振器を使用する必要もない。しかしながら、周波数コムを生成するという実用的な目的のためには、パルス化する必要がある。ファイバーのような結合装置を使用することができる。そのような装置はよく知られている。例えば、シングルモードファイバーを用いてレーザーシステムの素子を結合することができる。レーザーシステムにおいて、ポンプ光源からのポンプ光を利得媒質に入力結合すること、利得媒質から分光フィルターへ光を出力結合すること、及び分光フィルターによって操作された光を利得媒質へ入力結合することが必要であることがよく知られている。光、特に増幅光は一般的に、共振器から出力結合されることも理解されるべきである。
【０００７】
レーザーシステムの利得帯域幅は、レーザーシステムの波長の可能なスペクトルバンド幅全体を表す。分光フィルターを導入することによって、少なくとも２つの少なくとも部分的に分離された利得領域、すなわちスペクトル領域が分光フィルターの導入によって生成されるように、スペクトルの一部分又は複数の部分のゲインを減衰させるか又は遮断（ブロック）することさえできる。本開示の目的のためには、スペクトルのこれらの減衰及び／又は遮断された部分のうちの少なくとも１つは、完全にレーザーシステムの利得帯域幅内に位置するべきである。減衰又は遮断された部分を完全にレーザーシステムの利得帯域幅内に配置することによって、少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域が提供されるはずである。これらのスペクトル領域は、対応する数の利得極大値に対応し得る。言い換えれば、スペクトルのエッジは減衰も遮断もされるべきではない。このようにして、スペクトルの一部分又は複数の部分を減衰させるか、もしくは遮断することによって、レーザースペクトルを意図的に操作することができる。多くの場合、減衰又は遮断は利得帯域幅の中央部、すなわち利得帯域幅の中心を含むが、非中央部も減衰又は遮断される可能性がある。
【０００８】
後続のモード同期ステップは、少なくとも２つ（又はスペクトル領域の数に対応する数）のモード同期レーザーをそれぞれわずかに異なる繰返し率で生成することを可能にする。正又は負のキャビティ分散は、異なる繰り返し率を得る可能性を容易にするだろう。言い換えれば、これらの分離されたスペクトル領域内でレーザーを独立してモード同期することが可能である。
【０００９】
方法は、生成されたデュアルコム又はマルチコムをそれらの繰り返し率及びオフセット周波数それぞれに関して安定させるステップをさらに含むことができる。
【００１０】
本明細書ではデュアルコム、マルチコム、周波数コムなどとも呼ばれる２つ以上のモード同期レーザーは、それらのそれぞれの繰り返し率及びオフセット周波数に関して安定させることができ、したがって位相安定かつ安定化周波数コムを形成する。
【００１１】
方法は、非線形媒質、例えば、結晶、ファイバー、ガラス、又は気体媒質のうちの少なくとも１つによって、レーザースペクトルの少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をスペクトル的に重ね合わせ、それによってそれぞれスペクトル的に重ね合わせたデュアルコム又はマルチコムを得るステップをさらに含むことができる。
【００１２】
技術的には、非線形ファイバーが非常によく使用される。レーザースペクトルの少なくとも２つの部分的に分離されたスペクトル領域をスペクトル的に重ね合わせるための非線形ファイバー、特に高非線形なファイバーは、フォトニック結晶ファイバーを基にしてもよく、その分散挙動が最適化されてもよい。非線形媒質は、非線形結晶を含むことができる。そのような結晶の例は、（周期分極）チタンリン酸カリウム、（ｐｐ）ＫＴＰ、（周期分極）ニオブ酸リチウム、（ｐｐ）ＬＮ、（周期分極）化学量論的タンタル酸リチウム（ｐｐ）ＳＬＴ、ホウ酸バリウムＢＢＯ、三ホウ酸リチウムＬＢＯ、ホウ酸ビスマスＢｉＢＯ、及びリン酸二水素カリウムＫＤＰである。このリストは網羅的なものではないことを理解されたい。非線形結晶は、効率を高めるために周期的に分極されてもよい。しかしながら、周期的に分極された結晶を有することは必須条件ではない。特に、バルク結晶を使用することができる。高次非線形媒質を含む他の非線形媒質を使用することができることを理解されたい。
【００１３】
この方法において、２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をモード同期するステップは、そのピーク強度に応じて光の共振器損失を操作するステップをさらに含むことができ、特に、共振器損失を操作することは、利得媒質から出力結合された光の偏光を分光フィルターに入射する前に操作することと、分光フィルターによって操作された光の偏光を利得媒質に再入射する前に操作することとを含むことができる。
【００１４】
共振器損失を操作すること、特に減少させることによって、レーザーのモードの位相コヒーレンスが改善される。これは特に、利得媒質から出力結合された光の分光フィルターに入射する前の操作と、分光フィルターによって操作された光の利得媒質に再入射する前の操作とを含むことができる。偏光の操作は、１／４波長板及び／又は１／２波長板などのよく知られている偏光子の１つ以上を使用することによって達成され得ることを理解されたい。偏光ビームスプリッター及び偏光子も同様に使用することができる。
【００１５】
この方法において、分光フィルターは、回折格子圧縮器、誘電体ミラー、ファイバーブラッグ回折格子、プリズム圧縮器、又は吸収フィルターのうちの１つ以上を含むことができる。
【００１６】
この方法において、スペクトル的にフィルタリングするステップは、分光フィルターが回折格子圧縮器又は吸収フィルターのうちの１つ以上を含む場合に、分光フィルターによって共振器内の光を空間的に分散させることを含むことができる。
【００１７】
分光フィルターによる分光フィルタリングは様々な方法で実施することができる。誘電体ミラーが使用される場合、分光フィルターは実質的な量の分散を示さないかもしれない。クラマース・クローニッヒの関係式により、常にある程度の、ほとんど無視できる分散があることを理解されたい。しかしながら、回折格子圧縮器又はプリズム圧縮器が使用される場合、分光フィルターは分光フィルター内の光の空間的な分散をさらに可能にすることができる。その結果、キャビティの全体的な分散は、わずかに負、又はわずかに正であるがゼロに等しくないように選択されることができる。それによって、異なる波長に対して効果的に異なる共振器長を達成することができる。これは、異なる繰り返し率をもたらすことができる。分光フィルター内の分散のみがキャビティ分散を補償するのに使用され得るので、分光フィルター内の分散のみがゼロから大きく外れる可能性があることを理解されたい。しかしながら、分光フィルターは、キャビティ全体の分散を制御するのに使用されることができる。したがって、結果として生じるキャビティ全体の分散は、わずかにゼロから外れるように制御することができる。
【００１８】
分光フィルターは、完全にレーザーシステムの利得帯域幅内に位置する波長域を減衰させ、特に遮断し、それによってレーザースペクトルの少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をそれぞれ提供するための少なくとも１つの減衰器を含む。減衰器は、利得帯域幅の一部を減衰又は遮断するように平行移動させることができるブロック又は円柱などの１つ以上の幾何学的な物体を含むことができる。減衰器又は遮断素子を平行移動させることによって、それは光ビームに対して位置決めされることができる。平行移動は、手動で又はよく知られている平行移動ステージを用いて達成することができる。減衰器又は遮断素子は、このようにして分光フィルター内のビームにとって障害物となり得る。
【００１９】
この方法はさらに、利得媒質に戻す光の一方向の供給によって、レーザースペクトルのキャリアエンベロープ（搬送波包絡線）を変調するステップと、共振器から出力結合された光を増幅し、増幅した光を他の回折格子圧縮器によって時間領域で圧縮するステップとを含むことができる。
【００２０】
キャリアエンベロープの変調、又はキャリアエンベロープオフセット、すなわちキャリア（搬送波）に対するエンベロープ（包絡線）のずれを変調、すなわち調整することは、１つ以上のコムの安定化に有益であり得る。完全な周波数コムの周波数領域表現は、ｆn＝ｆ0＋ｎ＊ｆrで表される一連のデルタ関数である。ここで、ｎは整数、ｆrはモード同期レーザーの繰り返し率、又は変調周波数に対応するコム歯間隔であり、ｆ0は、０と間にあるｆr未満のキャリアオフセット周波数である。デュアルコム又はマルチコムは対応する自由度を有する。コムの又は各コムに対応する２つの自由度ｆr及びｆ0は、精密測定に有用な１つ以上のコムの生成に利益をもたらすように安定させることができる。キャリアエンベロープの変調は、電気光学変調器、ＥＯＭなどの対応する変調器の使用を必要とし得る。
【００２１】
共振器から出力結合された光を増幅することによって、光の平均出力及びパルスエネルギーは対象とする用途の要求に適合されるであろう。また、増幅した光を時間領域で圧縮することによって、光のパルス当たりのパワー、特にピークパルスパワーを調整することができる。
【００２２】
この方法において、利得媒質は、特にＹｂ、Ｅｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｍのうちの１つがドープされた、ドープファイバー、ドープ結晶又はドープガラスであり、レーザーシステムは、非線形偏光旋回（ＮＰＥ）レーザー、又は非線形増幅ループミラー（ＮＡＬＭ）レーザーを含む。
【００２３】
本発明によれば、レーザー分光法のためのシングルキャビティデュアルコム又はマルチコムを生成するためのレーザーシステムであって、ポンプ光源、利得媒質、及び共振器と、２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をモード同期するための手段とを含み、共振器は、共振器内の光をスペクトル的にフィルタリングするため、及び２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域が提供されるように、その少なくとも１つがレーザーシステムの利得帯域幅内に完全に位置する１つ以上の波長域を減衰させるための分光フィルターを含む、レーザーシステムがさらに提供される。
【００２４】
レーザーシステムの利点は対応する方法に関して既に説明されている。示されるように、レーザーシステムの素子を結合するために、ファイバーのような典型的な結合部品を用いることができる。例えば、レーザーシステムの様々な個別素子を結合するために、シングルモードファイバーを用いることができる。レーザーシステムにおいて、利得媒質から分光フィルターへ光を出力結合し、分光フィルターによって操作された光を利得媒質へ入力結合するために、ポンプ光の入力結合のための様々な手段がよく知られている。光、特に増幅光は一般的に共振器から出力結合されることも理解されるべきである。例えば、ポンプ光源からのポンプ光を利得媒質に入力結合するために、波長分割マルチプレクサー（ＷＤＭ）を用いることができる。また、利得媒質から分光フィルターへ光を出力結合するために、第１コリメーターのような第１結合素子を用いることができる。また、分光フィルターによって操作された光を利得媒質に入力結合するために、第２コリメーターのような第２結合素子を用いることができる。
【００２５】
レーザーシステムは、生成されたデュアルコム又はマルチコムをそれらの繰り返し率及びオフセット周波数それぞれに関して安定させるための手段をさらに含むことができる。
【００２６】
レーザーシステムは、レーザースペクトルの少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をスペクトル的に重ね合わせ、それによってそれぞれスペクトル的に重ね合わせたデュアルコム又はマルチコムを得るための非線形ファイバーをさらに含むことができる。
【００２７】
レーザーシステムから出力結合されたデュアルコム又はマルチコムを形成するコムは、結果として生じる重ね合わせたコムを対象とする用途に使用されるべく形成するために重ね合わせることができる。これは結局、ダウンコンバートされた無線周波数（ＲＦ）コムを形成することになり得る。
【００２８】
レーザーシステムにおいて、利得媒質は、ドープファイバー、ドープ結晶又はドープガラスであり、特にＹｂ、Ｅｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｍのうちの１つがドープされたものであることができ、レーザーシステムは、カー効果に基づく超短パルスファイバーレーザー（特に、非線形偏光旋回（ＮＰＥ）レーザー、非線形増幅ループミラー（ＮＡＬＭ）レーザー又はカーレンズモード同期（ＫＬＭ）レーザーのうちの１つ）又は可飽和吸収体（例えば、ＳＥＳＡＭ又はグラフェンモード同期レーザー）のうちの１つを含むことができる。
【００２９】
レーザーシステムは、そのピークパワー／ピーク強度に応じて光の強度損失を操作するためのマニピュレーターをさらに含むことができ、特に、マニピュレーターは、利得媒質から出力結合された光の偏光を分光フィルターに入射する前に操作するための第１偏光マニピュレーター及び分光フィルターによって操作された光の偏光を利得媒質に再入射する前に操作するための第２偏光マニピュレーター、又はモード同期を確立するための可飽和吸収体、又はカーレンズモード同期を確立するための開口部及びカーレンズを含む。
【００３０】
レーザーシステムにおいて、分光フィルターは、レーザーシステムの利得帯域幅内に完全に位置する波長域を減衰させ、特に遮断し、それによってレーザースペクトルの少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をそれぞれ提供するための少なくとも１つの減衰器を含む。
【００３１】
減衰器は、ブロック又は円柱などの１つ以上の幾何学的な物体、くさび形の物体、もしくは薄いかみそりの刃のような物体を含むことができる。これらの物体は、利得スペクトルの一部を減衰又は遮断するために平行移動させることができる。これらの１つ以上の物体は、分光フィルター内でビームにとって障害物となり得る。
【００３２】
レーザーシステムにおいて、分光フィルターは、回折格子圧縮器、誘電体ミラー、又は吸収フィルターのうちの１つ以上を含むことができ、任意選択的に、回折格子圧縮器は、共振器内で光をスペクトル的に分散させるための一対の回折格子と、分散させた光を反射させて回折格子に戻すための反射器とを含むことができる。
【００３３】
レーザーシステムはさらに、レーザースペクトルのキャリアエンベロープを変調するための電気光学変調器（ＥＯＭ）と、利得媒質に戻す光の一方向な供給のための少なくとも１つのファラデーアイソレーターとをさらに含むことができる。レーザーシステムは、共振器から出力結合された光を増幅するための増幅器と、増幅した光を時間領域で圧縮するための他の回折格子圧縮器とをさらに含むことができる。
【００３４】
本発明の上記及び他の態様、特徴及び利点は、添付の図面と併せた以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本開示の第１実施形態によるシステム。
【図２】本開示の第１実施形態によるシステムの拡大部分。
【図３】本開示の第１実施形態に対応する、レーザー分光システム用のシングルキャビティデュアルコム又はマルチコムを生成するための方法。
【図４】本開示のさらなる実施形態によるシステム。
【図５】シングル及びデュアルコム動作のＮＰＥレーザーのスペクトル
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、本開示によるレーザーシステム２００を開示している。図１のレーザーシステム２００は、共振器１００と、ポンプ光源１１と、及び利得媒質１７とを含む。図１に示すように、共振器１００は分光フィルター４１を含む。説明のみを目的として、共振器１００は、自由空間部１００．Ｓとファイバー部１００．Ｆとを含むように示されることができる。したがって、ファイバー部１００．Ｆにおいて、光はファイバーで導かれる。自由空間部１００．Ｓにおいて、光はファイバーによって導かれるのではなく、共振器１００の自由空間部１００．Ｓに含まれる素子の間の空間を通って進む。図１において、自由空間部１００．Ｓとファイバー部１００．Ｆは破線Ｌで分離されているように示されている。しかしながら、破線Ｌは単に例示及び説明の目的で描かれていることを理解されたい。
【００３７】
図１において、ポンプ光源１１は、対象とする用途のために選択されたポンプ光源であることができる。例えば、ポンプ光源１１は、９７６ｎｍポンプレーザーのようなポンプレーザーを含むことができる。活性媒質のそれぞれのポンプ波長に対応して他のポンプレーザーを使用することができる。ポンプ光源１１からのエネルギーは、ポンプエネルギー又はポンプ光と呼ばれることがある。このようなポンプ光は一般的に、図１に示されるファイバーＦ１のようなファイバーを介して共振器１００に結合される。ファイバーＦ１は一般的に、より良好な帯域幅のためにシングルモードファイバーであることができる。これは、利得媒質の種類、すなわち利得ファイバーに対応しなければならない。したがって、ファイバーＦ１がシングルモードファイバーである場合、利得媒質もまたシングルモード利得ファイバーでなければならない。また、一方向の動作及びポンプ光の伝送を確実にするために、ポンプ光源１１と共振器との間にファラデーアイソレーターなどのアイソレーター１３を使用することができる。これは、レーザーからの望ましくないフィードバックからのポンプの隔離及び保護に有益であり得る。したがって、これはポンプレーザーからの光と共振器からの光とを分離することに役立つ。共振器１００は、そのファイバー部１００．Ｆに、ポンプ光源１１からのポンプ光とファイバーＦ１によって受信された共振器へのポンプ光との結合を改善するための波長分割マルチプレクサー（ＷＤＭ）１５を含むことができる。
【００３８】
図１において、レーザーシステム２００は、カー効果に基づく超短パルスファイバーレーザー、又はモード同期のための可飽和吸収体、特に非線形偏光旋回（ＮＰＥ）レーザー、非線形増幅ループミラー（ＮＡＬＭ）レーザー、又はカーレンズモード同期（ＫＬＭ）レーザーのうちの１つ、を含むことができる。これらの種類のレーザーはさらに修正することができる。特に、図１は、修正されたＮＰＥレーザーを開示している。可飽和吸収体は、ＳＥＳＡＭ又はグラフェンモード同期レーザーを含むことができる。
【００３９】
図１において、共振器１００は利得媒質１７をさらに含む。利得媒質は、ドープファイバー、ドープ結晶又はドープガラスであることができる。特に、ドーパントは、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｐｒ、又はＴｍのうちの１つ以上であることができる。図１の実施形態において、利得媒質１７はイッテルビウムドープ利得ファイバーを含む。利得媒質、この場合Ｙｂドープ利得ファイバーは、レーザー媒質又はレイジング媒体とも呼ばれることがあり、レーザー内の光利得の源である。よく知られているように、利得は、外部ポンプ光源によって供給されたポンプエネルギーで以前は占められていたより高いエネルギー状態からより低いエネルギー状態に遷移するときの放射線の誘導放出から生じる。したがって、利得媒質１７は、利得媒質１７に入射する光のための光増幅器として機能する。図１において、光が利得媒質１７によって放射された後、光は別のシングルモードファイバーＦ３に入射することができる。シングルモードファイバーＦ３は、ＮＰＥレーザーの範囲内で非線形偏光旋回をもたらす、非偏光維持シングルモードファイバーである。また、図１に示すように、依然としてファイバー部１００．Ｆ内に位置しているファイバーＦ３を通過した後、光は、少なくとも１つのコリメーター２１．１を用いて自由空間部１００．Ｓに結合される。共振器１００の自由空間部１００．Ｓに入射した後、光の偏光操作、すなわち光の調整は、第１コリメーター２１．１の直後に少なくとも一対の１／４波長板２５．１及び１／２波長板２５．２を使用することによって達成することができる。追加として又は代わりに偏光ビームスプリッターを使用することもできる。素子２５．１と２５．２との間の自由空間において光ビームとも呼ばれることもある光は、Ｂ１によって参照される。１／４波長板２５．１と１／２波長板２５．２の両方を通過した光はそれぞれ、Ｂ２とＢ３で示される。その後、上記光は、分光フィルター４１によって受光される（下記参照）。対称的に、分光フィルター４１に入射した光Ｂ３を修正、例えばスペクトル的にフィルタリングした後、分光フィルター４１から放射された修正された光Ｂ８及びＢ９は、共振器１００のファイバー部１００．Ｆに再入射する前に、さらなる調整のために、１  ／  ４波長板２７．１及び１／２波長板２７．２などの少なくとも別の対の偏光マニピュレーターを通過する。当然のことながら、波長板２７．１及び２７．２、又は２７．２及び２７．１の順序は重要ではない。当然のことながら、原理的には１／４波長板の最小限のセットで十分であり得る。ここで、１／４波長板２７．１及び１／２波長板２７．２はそれぞれ、１／４波長板２５．１及び１／２波長板２５．２と実質的に同様であることができる。ここで、１／４波長板２７．１と１／２波長板２７．２との間の光をＢ１１とする。第１コリメーター２１．１と同様に、第２コリメーター２１．２を使用して、光Ｂ１１をファイバー部１００．Ｆに戻るようにかつ利得媒質１７に再入射するように入力結合する。第２コリメーター２１．２と利得媒質１７との間の光ガイドとして他のシングルモードファイバーＦ２を使用することができる。第１及び第２コリメーターは同様であることが��きる。
【００４０】
言い換えれば、共振器１００の自由空間部１００．Ｓにおいて、光の強度損失をそのピーク強度に応じて操作することが行われる。このようにして、強度に依存した変化がファイバー部１００．Ｆに生じる。特に、強度損失を操作することは、コリメーター２１．１を用いて利得媒質１７から出力結合された光Ｂ２、Ｂ３の偏光を、前記光Ｂ２、Ｂ３が分光フィルター４１に入射する前に操作することと、分光フィルター４１によって操作された光Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０の偏光を利得媒質１７に再入射する前に操作することとを含む。図１に示すように、特に１／４波長板２７．１及び１／２波長板２７．２に入射する前に、他のファラデーアイソレーター２３を使用して、共振器１００内の光、特にＢ８、Ｂ９の一方向の動作を確実にすることができる。上記のように、２７．１と２７．２の順序は逆にすることができる。図１に示すように、電気光学変調器（ＥＯＭ）４５を、分光フィルターによって修正されて分光フィルターから放射される光ビームの経路に挿入することができる。前記ＥＯＭ４５は、光のキャリアエンベロープオフセットの変調のため及び周波数コムのさらなる安定化を提供するために利用することができる。さらに安定させた光ビームはＢ１０で示される。
【００４１】
１／４波長板２５．１及び１／２波長板２５．２ならびに１／４波長板２７．１及び１／２波長板２７．２のシーケンスの代わりに、モード同期を確立するための異なる手段を使用することができる。特に、開口部及びカーレンズモード同期を確立するためのカーレンズとしての役割を果たすカー媒体、又はＮＡＬＭのように、他の人工可飽和吸収体を使用することができる。さらに別の可能性は、モード同期レーザーにおけるＳＥＳＡＭ又はグラフェンをベースとする吸収体のような可飽和吸収体の使用であり得る。
【００４２】
図１にさらに開示されるように、光は、出力結合素子を用いてキャビティの外に結合される。特に、偏光ビームスプリッター３３を挿入することによって、光ビームＢ２の一部が共振器／キャビティ１００の外に結合される。当然のことながら、他の種類のビームスプリッターも同様に使用することができる。また、原理的には光はキャビティ内のどこからでも結合され得る。共振器１００から出力結合された（取り出された）光はＢ２１で示され、偏光ビームスプリッター３３を通過するが偏向されていない光はＢ３で示される。上記光Ｂ３は次に分光フィルター４１に入射する。分光フィルター１００によって修正された光Ｂ９及び／又は任意選択のＥＯＭ４５によって修正された光Ｂ１０は、４５度などの所定の角度だけ偏向するためにミラー２９に入射することができる。ここで、４５°の角度は、入射光ビームの角度に対して測定される。このようなミラー２９は、共振器１００内の構成をよりコンパクトにするために使用され得る。分光フィルター４１を出射する光ビームＢ８に３１で示される他のミラーを使用することができる。
【００４３】
以下では、図１に示す分光フィルター４１をさらに説明する。前記分光フィルター４１は、図１と同じ符号が使用されている図２にも拡大して示されている。分光フィルター４１は、それぞれ完全にレーザーシステムの利得帯域幅内に位置する少なくとも１つの波長域を減衰させ、それによってレーザースペクトルの少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をそれぞれ提供するための少なくとも１つの減衰器を含む。減衰は、対応する波長域が実際に遮断される程度まで広がり得る。言い換えれば、減衰器と減衰させる波長帯との対応関係を理解する必要がある。これは、遮断された波長域に対応する遮断素子の程度にまで及ぶ可能性がある。このようにして、１つの減衰器又は遮断素子に対して、それぞれの波長域は完全にレーザーシステムの利得帯域幅内にある。例えば２つ以上の減衰器又は遮断素子を使用することによって２つ以上の波長域が減衰又は遮断される場合、前記遮断された波長域の少なくとも１つは完全にレーザーシステムの利得帯域幅内に位置する。なお、全ての遮断された波長域が完全にレーザーシステムの利得帯域幅内に位置してもよい。したがって、レーザースペクトルの一部を減衰及び／又は遮断するが、減衰又は遮断された部分のうちの少なくとも１つを完全にレーザーシステムの利得帯域幅内に配置することによって、少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域が得られる。これらのスペクトル領域は、対応する最大値の数に一致し得る。言い換えれば、スペクトルの帯域幅を切り詰めるのにスペクトルのエッジを減衰又は遮断するべきではない。このようにして、スペクトルの一部分又は複数の部分を減衰させるか、もしくは遮断することによって、レーザースペクトルを意図的に操作することができる。減衰又は遮断は、利得帯域幅の中央部、すなわち利得帯域幅の中心を含むことができるが、非中央部も減衰又は遮断され得る。
【００４４】
図１及び図２の分光フィルター４１は、回折格子圧縮器、誘電体ミラー、又は吸収フィルター（いずれも図示せず）のうちの１つ以上を含むことができる。図１及び図２において、分光フィルター４１は、共振器１００内の光をスペクトル分散させるための一対の回折格子３７．１及び３７．２を含む回折格子圧縮器と、分散させた光を反射させて回折格子３７．１及び３７．２に戻すための反射素子３９とを含む。当然のことながら、分光フィルター内に１対以上の回折格子を使用することができる。また、回折格子の厚さは、通常、回折格子の製造工程によって定められる。回折格子の種類にもよるが、回折格子の厚さは１ｍｍであるか、もしくはより薄いか、最大で数ｍｍの厚さであることができる。また、複数の反射格子があり、これらは通常１０ｍｍに近い厚さを有する比較的厚い基板上に設けられる。また、原理的には、プリズムコンプレッサーを使用することができる。図１及び図２に示すように、共振器内の光のスペクトル成分は回折格子圧縮器内で空間的に分散される。一般に、これはレーザーシステムを特定の中心波長で動作させるために使用することができる。発明者らは、レーザースペクトルの広帯域だがスペクトル的に分離された複数のスペクトル領域を生成することが可能であることを発見した。これらのスペクトル領域内でレーザーを別々にモード同期し、したがって例えば２つのモード同期レーザーをわずかに異なる繰り返し率で作り出すことができる。より詳細には、図１及び図２は、分光フィルター４１、したがって一対の回折格子３７．１及び３７．２に入射する光ビームＢ３を開示している。前記光ビームは、その後、第１回折格子３７．１の後ろで（光ビームＢ４）及び第２回折格子３７．２の後ろで（光ビームＢ５）空間的に分散される。
【００４５】
図１において、矢印Ａ１は分光フィルター４１内の光の方向を示す。図２において、矢印Ａin及びＡoutは、それぞれ分光フィルター４１を出入りする光ビームの経路を示す。図１の分光フィルターの構成では、光は反時計回りに進む。光ビームＢ５は、反射素子３９によって反射されて光ビームＢ６となる。反射素子３９は再帰反射プリズムであることができる。反射素子３９は、光ビームのビーム高さを操作するための手段として機能することができ、減衰器を直接含むことができる。図１及び図２に示すように、反射器３９から放射された光ビームＢ６は減衰器又は遮断素子３５に当たる。図１及び図２に示すように、減衰器又は遮断素子３５は円筒形であることができ、くさび形、もしくは薄いかみそりの刃の形であることができる。前記素子３５は、平行ビームＢ６内に導入された円筒形のビームブロックのような小さな針状素子のみでさえあり得る。例示の目的と説明の目的の両方のために、図１及び図２には１つの素子３５のみを示しているが、光ビームＢ６には２つ以上の減衰素子又は遮断素子を導入することができることを理解されたい。また、これらの１つ以上の遮断素子は、同じ又は異なる形状及び厚さを有することができる。また、例えば楕円形又は三角形などの異なる幾何学的形状を使用することも可能であり得る。幾何学的な物体の代わりに、分光フィルター４１内の光学素子上に描くか、引っ掻くか又は他の方法で刻み込んだ線又はパターンでも、特定の周波数帯域を遮断するか又は減衰させるという同じ目的を果たすことができる。
【００４６】
図１及び図２に示すように、減衰又は遮断素子３５は平行移動素子４３を使用することによって平行移動させることができる。この平行移動素子４３は、ビームに対する素子３５の位置を微調整するのに役立ち得る。図２に示すように、素子３５の平行移動は、光ビームＢ６のビーム軸に対して実質的に垂直な方向に行うことができる。この方向は図２にｙで示されている。しかしながら、図２にｘで示すように、光ビームのビーム軸と実質的に平行な方向に素子３５を追加的に平行移動させることも可能であり得る。スペクトルの空間分布により、スペクトルは、素子３５、例えば針状ビームブロックを平行移動させることによって操作することができる。したがって、ビームＢ６が素子３５に衝突した後、ビームＢ６は２つのビームＢ６．１及びＢ６．２になるように操作される。前記光ビームＢ６．１及びＢ６．２はその後、再び一対の回折格子３７．２及び３７．１に、今度は逆の順序で入射する。回折格子３７．２と３７．１との間の光は、Ｂ７．１及びＢ７．２と表される。これは、その後、同様に利得媒質１７に再入射するべく、すなわちファイバー部１００．Ｆに再入射するべくさらに案内されるように、回折格子圧縮器を出射し、したがって分光フィルター４１を出射した後に、同様に圧縮された光ビームＢ８を得るのに役立ち得る。図２に示すように、回折格子３７．１と３７．２との間の距離ｄは変化させることができる。減衰又は遮断素子３５の厚さも調整することができる。両方の調整はレーザーの動作を改善するのに役立つ。光ビームＢ６を操作して光ビームＢ６．１及びＢ６．２にすると、発振器は、最終的には同時に２つの異なる中心波長の連続波で、すなわちそれぞれが独自の中心波長を有する連続波で進む。これら２つのレーザーは、強度損失を操作することによって、例えば上述のような偏光操作と、例えば平行移動素子４３を使用することによってビームブロック位置を微調整することとによってモード同期される。つまり、これら２つのレーザーは１つずつモード同期されるが、平行に、すなわち同時に進む。
【００４７】
２つのレーザーは、図１にいくらか絵画的に示されるように、異なる繰り返し率、例えばｆrep1及びｆrep2を有し、図１において、２つのレーザーはそれぞれ符号４７．１及び４７．２で示されている。必要に応じてミラー４７を使用することができる。異なる繰返し率はキャビティの分散に依存するだろう。これら２つのレーザーは、２つの分離されたコム又は分離されたデュアルコムを提供する。繰り返しになるが、上述したように、分光フィルター内の３つ以上の障害物、ここでは３つ以上の素子３５に対応して、３つ以上のコムが生成されている可能性がある。言い換えれば、３つ以上のコムが、１つ以上の障害物を導入した結果として作成されている可能性がある。しかしながら、レーザー分光法に関して、これら２つ以上のコムをさらに操作することができ、特に、分光用途のためにスペクトル的に重ね合わせたデュアルコム又はマルチコムをそれぞれ提供するために、これら２つ以上のコムをスペクトル的に重ね合わせるべきである。２つのコム４７．１及び４７．２のスペクトルの重なりは、非線形ファイバー４５などの非線形媒質を使用することによって得られる。非線形ファイバーの代わりに、非線形媒質は、結晶、ファイバー、ガラス、又は気体媒質のうちの少なくとも１つを含むこともできる。図１に示すように、非線形ファイバー４５に入射する光ビームＢ２４は、同様に絵画的に示される重ね合わせたデュアルコムスペクトルビーム５７を有する重ね合わせたデュアルコムレーザーに相当する、修正された光ビームＢ２５となる。必要に応じてミラー４２を使用することができる。
【００４８】
また、非線形媒質４５に入射する前に、キャビティから出射した光Ｂ２１は、例えばレーザービームＢ２１の時間圧縮のために、別の伸張器／圧縮器素子５５を使用することによって必要に応じてさらに伸張又は圧縮することができる。これにより光ビームＢ２４が生成され、光ビームＢ２４は素子５５によっても安定させることができる。素子５５は、１対の回折格子５５．１及び５５．２を含む別の回折格子圧縮器と、反射器５３とを含む。Ｂ２２は、回折格子５５．１及び５５．２の間のビームを表す。Ｂ２３は、回折格子圧縮器と反射器との間のビームを表す。この場合も、これらの素子は、素子３７．１及び３７．２を有する回折格子圧縮器と同様に、光ビームを伸張及び圧縮するのに役立ち得る（上記の説明を参照）。
【００４９】
図３は、レーザー分光法のためのシングルキャビティデュアルコム又はマルチコムを生成する対応する方法の基本ステップを示す。ステップＳ２０１において、ポンプ光源と、利得媒質と、分光フィルターを有する共振器とを含むレーザーシステムを提供する。ステップＳ２０３において。ポンプ光源と、利得媒質と、共振器と分光フィルターを上述の種類のものとすることができる。ステップＳ２０３は、共振器１００などの共振器内の光をスペクトル的にフィルタリングし、その少なくとも１つが完全にレーザーシステムの利得帯域幅内に位置する１つ以上の波長域を減衰させるか又は遮断することをさらに示す。したがって、２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域が提供される。このようにして、それぞれスペクトル的に重ね合わせたデュアルコム又はマルチコムが得られる。ステップＳ２０５は、２つ以上の少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をモード同期するステップをさらに示す。図３に示す方法は、ステップ２０５に続いて後続のステップ２０６をさらに含むことができ、ステップ２０６は、生成されたデュアルコム又はマルチコムをそれらの繰り返し率及びオフセット周波数それぞれに関して安定させることを含む。また、図３に示す方法は、次に、ステップ２０６に続いて後続のステップ２０７をさらに含むことができる。ステップＳ２０７は、レーザースペクトルの少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域をスペクトル的に重ね合わせることを示す。したがって、図１に関して説明したように、前記スペクトルの重なりは、例えば結晶、ファイバー、ガラス、又は気体媒質のうちの少なくとも１つの非線形媒質、レーザースペクトルの少なくとも２つの少なくとも部分的に分離されたスペクトル領域を使用することによって得られる。このようにして、それぞれスペクトル的に重ね合わせたデュアルコム又はマルチコムが得られる。
【００５０】
図４は、本開示によるさらなる実施形態を示す。図４は、図１及び図２のレーザーシステム２００と同様の説明したデュアルコムレーザーシステムの簡略版と、前置増幅器１１０と、圧縮器と、非線形媒質４５と、後続の主増幅器段とを含む単純な完全システムの概観を開示している。より詳細には、図４は、図１の共振器１００に対応する共振器１００を開示している。図１と同様に、２つの別個のコム４７．１及び４７．２も示されている。光ビームＢ２１は次に、利得媒質と同じか又は異なる活性物質に基づく光前置増幅器１１０によってさらに増幅し、それによって光ビームＢ３１としてそれぞれ前置増幅したコム１４７．１及び１４７．２を生成する。前記前置増幅したレーザーコム１４７．１及び１４７．２は次に、ここではそれぞれコム１４７．１及び１４７．２に対するパルス圧縮の目的を果たす、別の伸張器／圧縮器素子１５５に入射する。伸張器／圧縮器素子１５５は、図１の回折格子圧縮器５５と同様の他の回折格子圧縮器であることができる。伸張器／圧縮器素子１５５は、それぞれコム１４７．１及び１４７．２から生じる２つの前置増幅し、修正したコムを含む修正した光ビームＢ３３を生成することができる。次に、これらの準備段階の後、光ビームＢ３３は非線形媒質４５に入射する。前記非線形媒質４５は、図１の非線形媒質４５と同じであることができる。システムのコンパクトな構成のために必要に応じてミラー６１、６３及び６５を使用し、非線形媒質４５において２つのコムをスペクトル的に重ね合わせることによって重なり合ったデュアルコム１５７が生成される。ここで、コンパクトな構成は、システムのコンパクトな実施を実現する構成として理解されるべきである。光ビームＢ３５によって表される前記重ね合わせたデュアルコム１５７は、次に、光増幅器１２０を使用することによってさらに増幅され、最終的には、中赤外又は極紫外のデュアル周波数コム生成などのさらなる分光用途のための光ビームＢ３７によって表される増幅し、重ね合わせたデュアルコム１５９が得られる。
【００５１】
例として、上記の図に関して説明した上記の方法及び主要な構成を実証するために、約８０ＭＨｚの繰り返し率でＮＰＥレーザーを構築した。このレーザーのスペクトルは図５において見ることができ、破線で示されている。ここで、スペクトル幅は、限られたパルス幅、すなわち１００ｆｓ未満の最小パルス幅、例えば約４０ｆｓを示す帯域幅に対応する。ポンプパワーの制限により、レーザーの繰り返し率は約２０ＭＨｚに低下した。この低減により、システムは、２つの異なるパルス列を同時にモード同期するのに十分なピークパワーを維持することができる。しかし、当然のことながら、実際にはこれらが唯一の制限事項であった。すなわち、繰り返し率に対する唯一の制限は、利用可能なポンプパワーと、利得ファイバーの長さに依存する、対応するドーピング濃度とによって定められる。この実施例において、図１のシングルモードファイバーＦ２及びＦ３と同様のシングルモードファイバーが、ＷＤＭ１５に円滑に接合するのに必要なだけ長くコリメーター２１．２とＷＤＭ１５との間に挿入された。それ以外には、自己位相変調と２つの異なるスペクトル領域間のスペクトル結合とによるスペクトルの広がりを低減又は回避するために、さらなる長さの前記ファイバーを追加しなかった（それぞれ図１及び図４を参照）。ＮＰＥレーザーをモード同期しかつ遮断素子３５を同時に調整することによって、両方のスペクトル範囲を同時に別々にモード同期した（それぞれ図１及び図４参照）。個々のパルス列の帯域幅制限パルス幅は約２００ｆｓであった。対応するスペクトルは図５において見ることができ、実線で示されている。言い換えれば、図５はシングル及びデュアルコム動作におけるＮＰＥレーザーシステムのスペクトルを示す。安定した動作と最良の雑音特性のために、ＮＰＥレーザーはしばしばゼロ分散付近で動作するが、この場合、わずかに正又は負の分散が安定した信頼できる自動スタート可能なパルス形成を可能にする。したがって、実際に、ゼロ分散付近の小さい分散範囲は、雑音レベルの著しい悪化なしに、異なる中心波長に対して異なるキャビティ長の実現を可能にする。この小さい分散範囲は、キャビティ全体の正味分散にも当てはまる。この小さい分散範囲は、±２０００ｆｓ2の幅を有し得る。２つのコムが同じキャビティから発生するので、それらは同一の共通ノイズ特性を共有する。これは、２つのコムのうち１つのみを安定させながら、両方のコムを安定させるのに役立つ。最終的にデュアルコム分光法に使用可能なスペクトルを生成するために、スペクトルの重なりが提供される必要がある。これは、高度に非線形なファイバー４５を通して光を送ることによって達成される。２つのコムの光ビートにより、キャリアエンベロープオフセット周波数は、すなわちΔｆCEOを測定することによって測定され、その後、ｆ−２ｆ干渉計などのさらなる機器を必要とせずに安定化させることができる。
【００５２】
デュアルコムは分光法のための強力なツールである。デュアルコムを使用することによって、バーチャル・イメージ・フェーズ・アレイ又はフーリエ変換分光器のような複雑で高価な検出器アセンブリは不要である。単純なフォトダイオードで十分である。しかしながら、明らかな欠点は、複雑で高価な発振器の設計、又は２つの互いにコヒーレントな光周波数コム（ＯＦＣ）の必要性である。ここで代替的なアプローチを示す。効果的かつ容易に実施可能な方法において、デュアルコム又はマルチコムが単一の共振器から生成される。利得帯域幅の異なるスペクトル部分に対するキャビティ損失を操作することによって、同じＮＰＥレーザーから生じる２つの周波数コムが示される。結果として生じるパルス列は、約２００ｆｓのパルス幅をサポートする。キャビティ全体の非ゼロ分散領域で動作することによって、約１０ｋＨｚから１ｋＨｚまでの繰り返し率の差が得られた。高度に非線形なファイバーにおけるスペクトルの広がりの後、光ビート及びその後のミックスダウンされたＲＦコムの発生を観察することができる。この段階の後、２つの光周波数コムのスペクトルの重なりが確立され、デュアルコム分光システム用の理想的なデュアルコムシードレーザーを生成する。このデュアルコムシードレーザーは増幅されて、中赤外線（ＭＩＲ）、近赤外（ＮＩＲ）又は紫外及び極紫外領域（ＵＶ及びＸＵＶ）への非線形周波数変換に使用されることができる。このアプローチの最大の利点が評価されるのは、特にこれらの困難なスペクトル領域においてである。中赤外スペクトル領域において、通常は光パラメトリック発振器又は差周波数発生システムの助けを借りて、広いスペクトルが発生する。ここで、スペクトルの減少という欠点は、その後の波長変換スキームによって直接補償され、容易に入手可能なコムモード分解デュアルコム分光法の利点は、依然として明らかな利点である。ＸＵＶスペクトル領域において、広帯域吸収スペクトルの測定は、高反射光学系及び透明材料がないために本質的に困難である。これはＦＴＳのような確立された技術を実行するのを難しくする。考えられる解決策は、デュアルコム技術をＸＵＶ領域に拡張することである。ＸＵＶスペクトル領域において、光は通常、キャビティ増強非線形高調波発生によって生成される。これは、デュアルコムシードレーザー及びファイバー増幅器スキームに基づいて行うことができる。可能性のあるシナリオは、両方のコムが減少したフィネスで設計された増強キャビティに結合されることができるように、繰り返し率の差を十分に小さく保つことであろう。
【００５３】
上記実施例はＮＰＥレーザーのための方法を示したが、基礎となる方法は任意の種類の受動モード同期レーザーに拡張することができる。これは、環境とはほとんど無関係の優れた安定性と雑音特性を有するファイバーレーザーの構成にとっても特に興味深い。したがって、本発明は、実験室環境外で使用可能な新世代のデュアル光周波数コムを提供することができる。このようなシステムは、高平均出力デュアルコムを得るための増幅器の構成にとって優れたシードレーザーであろう。
【００５４】
要約すると、本開示は、レーザー分光法のためのシングルキャビティデュアルコム又はマルチコムを生成するためのレーザーシステム及び対応する方法であって、レーザースペクトルの操作が共振器内に意図的に損失又は減衰を生じさせることによって達成されるレーザーシステム及び方法を開示している。前記損失又は減衰は、一般的に共振器内の小さい波長域、すなわちレーザー利得帯域幅に加えられる。抑制又は減衰された波長域は、完全にレーザー利得帯域幅内にある。多くの場合、利得媒質の増幅範囲の中心に相当する中央部は抑制又は遮断される。これらの損失又は選択的減衰を導入した後、レーザーは、原理的には、それぞれ独自の異なる、すなわち別個の中心波長を有する２つの異なる波長域でレーザー発振を開始する準備ができている。したがって、２つの異なる波長の２つのレーザーが生成される。
【００５５】
これら２つのレーザーは、モード同期されている。これは、１ｐｓ未満の帯域幅制限パルス幅を有する非常に短いパルスが第１及び第２レーザーそれぞれから同時に生成されることを意味する。それによって、周波数コムが生成されることができる。
【００５６】
一般的に、レーザーの分散、すなわちキャビティの分散はわずかに正又は負の値に保たれる。これは、異なる波長に対して異なる共振器長を提供することとほぼ同じ効果を有する。したがって、共振器内の光路長は、たとえそれらの光が同じ光学素子を通過するとしても、２つのレーザーの各々に対して異なる。
【００５７】
レーザーの繰り返し率は、光路長を考慮することによって決定することができる。したがって、２つの別個のレーザー、例えばレーザー１及びレーザー２が、異なるスペクトル及び異なる繰り返し率を有する同じ共振器から得られる。特に、それぞれの単一コムモードの異なる間隔を有する２つの周波数コムが生成される。
【００５８】
レーザー１及び２から生じるレーザーパルスはさらに増幅されることができ、時間領域でさらに圧縮されることができる。これは、得られるレーザーのピークパワーをさらに高めるのに役立ち得る。
【００５９】
レーザー１及び２それぞれから生じる周波数コムは、非線形ファイバーなどの非線形媒質に結合される。このファイバーは、個々のコム、すなわちレーザー１及び２のスペクトルを広げ、最終的に重ね合わせるのに役立つ。繰返し率のさらなる安定化及び調整は、結果として生じる重ね合わせたデュアルコムの特性をさらに改善することができる。前記結果として生じるデュアルコムは、さらに増幅するか又は異なる波長範囲に置き換えることができる。
【００６０】
上記の方法の効果は、構成の複雑さが大幅に減少し、安定性が向上することである。また、両方のレーザーが同じ素子を通過し、それによって同じ雑音を蓄積し、したがってコモンモード除去の恩恵を受けるので、雑音特性が改善される可能性がある。この累積された雑音は、その結果、雑音の実質的な低減を達成するために結果として生じるレーザーから取り去ることができる。
【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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【外国語明細書】
2019179918000001.pdf