(57)【要約】  本発明は、パルス位相プロファイル、及び／又は極めて高い分解能を有するパルスジェネレータに関する。本発明では、アクティブなモード同期レーザ源（１）が所定の時間（Ｔｏ）に第一の光パルストレインを出力し、そのパルス強度は変調器（２）のパルスによって変調される。変調されたパルスは、カプラー（４）を介して光リング（３）に送られ、その光の長さは、光源の周期（Ｔｏ）と僅かに異なる。変調されたパルスはカプラーの入力（Ｂ）に送られる。光カプラーの出力（Ｄ）と入力（Ａ）は光リングを介して結ばれており、光カプラーは、第一のコマンド（Ｋ＝０）に従って、光カプラーの二つの入力（Ａ、Ｂ）で受信した光を出力（Ｄ）に送り、第二のコマンド（Ｋ＝１）に従って、光カプラーの入力（Ａ）で受信した光を出力（Ｃ）に送るように制御される。本発明は、レーザ、エレクトロニクス、及びその装置に応用可能である。選択図：図２
2008509620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非常に高い分解能の位相及び／又は強度プロファイルを有するパルスジェネレータであって、所定の周期（Ｔｏ）に従って第一の光パルストレインを放出する光源（１）を備え、
−光源から放出された光パルスの強度を変調して、強度を変調された光パルスからなる第二の光パルストレインを少なくとも放出する第一の変調器（２）であって、異なるパルスを所定の強度レベルにおいて互いに独立して変調する第一の変調器（２）、
−光源から放出された光パルスが、光源の周期（Ｔｏ）とは僅かに異なる時間（τ）で伝播するような光路長を有する光回路（３）、
−第一及び第二の入力（Ａ及びＢ）と第一及び第二の出力（Ｃ及びＤ）とを有する指令可能且つアクティブな第一の光カプラー（４）であって、前記第二の光パルストレインを第二の入力（Ｂ）で受信し、所定の光路長を有する光回路（３）を介して第一の入力（Ａ）に接続された第二の出力（Ｄ）を有し、第二のパルストレインに含まれるパルスと同数のパルスを含む第三のパルストレインを第一の出力（Ｃ）に送る第一の光カプラー（４）、及び
−第一の光カプラー（４）に指令して、第一のコマンド（Ｋ＝０）により、光カプラーが二つの入力（Ａ、Ｂ）で受信した光を第二の出力（Ｄ）に送信させ、第二のコマンド（Ｋ＝１）によって、光カプラーが第一の入力（Ａ）で受信した光を第一の出力（Ｃ）に送らせる、コマンド装置（３０）
を更に含むことを特徴とするジェネレータ。
【請求項２】
光源（１）が、周期的なパルストレインを放出するアクティブなモード同期レーザであることを特徴とする、請求項１に記載の発生器。
【請求項３】
第一の変調器（２）が、各レベルの継続時間が光源（１）の周期（Ｔｏ）に等しい変調用電気信号によって命令されることを特徴とする、請求項１に記載のパルスジェネレータ。
【請求項４】
光回路（３）の光路長が、光源から放出された光パルスが光源の周期（Ｔｏ）よりも僅かに長い時間（τ）で伝播するような長さであることを特徴とする、請求項１に記載のパルスジェネレータ。
【請求項５】
前記光回路（３）が単一モードの光ファイバからなることを特徴とする、請求項１に記載のパルスジェネレータ。
【請求項６】
第一の変調器（２）による変調の継続時間（ＮＴｏ）が、光源（１）の周期の倍数に等しいこと、第一のコマンド（Ｋ＝０）が、第一の変調器による変調の開始によりトリガされ、第一の変調器と第一のカプラーの第二の入力（Ｂ）との間のパルス伝播時間に近い、前記変調の終了時に停止されること、及び第二のコマンド（Ｋ＝１）が第一のコマンドの停止時にトリガされること、を特徴とする、請求項１に記載のパルスジェネレータ。
【請求項７】
光回路に挿入された増幅器（５）を備えることを特徴とする、請求項５に記載のパルスジェネレータ。
【請求項８】
第一のカプラー（４）の第一の出力に接続された一つの入力を有し、光を第一及び第二の出力に分配する第二の光カプラー（８）を備え、第二の出力で抽出された光が光検知回路に送られて、前記増幅器（５）に対する命令を可能にすることを特徴とする、請求項１に記載のパルスジェネレータ。
【請求項９】
光回路が、時間的分散を補償するために直列に挿入されたブラッグ格子（６）を備えることを特徴とする、請求項５に記載のパルスジェネレータ。
【請求項１０】
第一のカプラー（４）の第一の出力（Ｃ）が、共振可飽和吸収材、又は非線形光エレメントを備えた第二の変調器に接続されており、第二の変調器（７）に入射したビーム（Ｍ）の変調が可能であることを特徴とする、請求項１又は８に記載のパルスジェネレータ。
【請求項１１】
第一のカプラー（４）の第一の出力（Ｃ）が光−電気コンバータ（１５）に接続されており、コンバータは、光パルスを受信すると電気パルスを伝送することを特徴とする、請求項１又は８に記載のパルスジェネレータ。
【請求項１２】
光−電気コンバータ（１５）から伝送された電気パルスが電気光学型変調器（１６）に印加されることにより、この電気光学型変調器（１６）に入射した光ビームの位相又は強度を変調することができることを特徴とする、請求項１１に記載のパルスジェネレータ。
【請求項１３】
第一のカプラー（４）の第一の出力（Ｃ）と、変調器（７）又は電気光学検知器（１５）との間に配置された第二のブラッグ格子（１８）を備えることを特徴とする、請求項９又は１１に記載のパルスジェネレータ。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
技術分野
本発明は、電気プログラム可能なパルスジェネレータ、具体的には、高い分解能の位相プロファイルと強度プロファイルを有するパルスジェネレータに関する。
本発明の目的は、位相又は強度プロファイルに関し、極めて高い時間分解能と大きなダイナミクスを有する柔軟性に富んだ時間的パルスプロファイルを生成することである。本発明が対象とする分解能の範囲は極めて広く、具体的には、継続時間がピコ秒（場合によってはそれ未満）〜１００ｎｓ超のパルスを生成することができる。
【０００２】
パルスが、電気パルス、光パルス、及び他の種類のパルスのうちのいずれであるかに関わらず、一定の技術的制約の範囲内で、一般にあらゆる形状のプロファイルを生成することが可能である。時間分解能（δｔ）は、このような技術的制約の第一の要件であり、パルス内部に一定量の信号レベルの変化（ΔＰ）を生じさせる最小の時間間隔を決定する。ΔＰの逆数は変調のダイナミクス（Ｄ）を決定し、一般的にパルスのピーク信号の値（Ｐｍａｘ）の最小値であることが望ましい。いずれにせよ、これらダイナミクスは、信号対雑音比、非線形効果、及び信号の変化量ΔＰの符号化等の影響を受ける。プログラム可能な整形装置の性能を定量化する際の三つの基本的な数量を以下に示す（図１参照）。
−ダイナミクスＤ＝Ｐｍａｘ／ΔＰ（常に最大化が求められる。）
−時間分解能δｔ（上記で定義した時間幅であり、最適化が求められる。）
−継続時間の整形ウィンドウ内部のサンプリング数Ｔｗｉｎｄｏｗ＝Ｎ・δｔ（最大化が求められる）。
光パルス、及び／又は電気パルスの整形に関する光−電気技術分野における先行技術には、考慮される応用分野に関する様々な取り組みが含まれている。
【０００３】
例えば、S. C. Burkhart等による「National Ignition Facility Front End Ｌaser System」（Solid State Ｌasers for Application to Inertial Confinement Fusion Conference、議事録48頁、カリフォルニア州モンテレー、1995年5月31日−6月2日）には、マイクロストリップを使用した二つのマイクロ波伝送路を、ＧａＡｓＦＥＴ型トランジスタを含む初段部に直列に分散させて連結し、任意のプログラム可能なパルス波形を生成できるシステムが記載されている。二つの伝送路の最初の一つは、短く且つ強度の大きな電気パルスを分配するために使用され、第二の伝送路は、連続して生成される電気サンプルの組み合わせ（又は統合）線路である。伝送路を埋め込むために使用される基板は、誘電損の少ないマイクロ波用基板であり、この伝送路は、空間的に可変の、特徴的なインピーダンスを用いて構成される。各トランジスタは、直流電圧Ｖｉを用いて予め二極化され、電圧値Ｖｉに関して同一の抵抗を有している。任意のトランジスタを介した電気エネルギーの移動は、統合線路上に電圧サンプルを生成し、これは、この線路の伝播速度とトランジスタの位置とに関連する任意の特性時間に第二の線路の負荷に印加される。分解能δｔは、トリガ時の電気パルスの継続時間と、二つの連続する結合点の間の二つの線路上の伝播時間の差のうち、小さい方によって決まる。各トランジスタによって生成された電圧サンプルの一定時間に亘る合計が、必要に応じて調整されたプロファイルを有するエンベロープに入力される電気パルストレインを生成する。この種の装置の一つの問題は、一つのサンプルの強度が電圧Ｖｉの全てのＮの値の関数であるという事実により、電気的構造全体を極めて精密に較正しなければならないことである。即ち、各サンプルを他から独立して決定することができない。この原理により、伝播時間及び電圧値に関して完璧なバランスを有しなければならない複数の電子基板を結合するのに多数の点が可能である。このような技術では、通常、δｔ＝１５０ｐｓ〜２００ｐｓの分解能を得ることができる。しかし、マイクロストリップライン上の電気拡散現象のため、それよりも小さなδｔ値を得ることは困難であり、これは大きな限界である。立ち上がり時間は、一般に１５０ｐｓ〜２００ｐｓであり、パルス継続時間３０ｎｓに亘って均等に配置されたサンプルＮ＝３００の場合のシステム性能は、ピーク電圧が５Ｖに達する電気パルスの範囲に亘ることが示された（実際には、有効なδｔ＞２００ｐｓ）。
【０００４】
文献「Aperture Coupled Striplines」、ＬＬＥ季報（ＯＭＥＧＡへの応用）に記載された別の技術によれば、二つのマイクロ波伝送路は、調整可能なアパーチャを介して、空間的に可変のプロファイルに連続的に結合されている。このとき、電気パルスのプロファイルは、比較的広い範囲で変更可能であるが、前記システムを超える柔軟性は有していない。特に、プロファイルの各点に直接アドレスすることができず、生成される各プロファイルについて、前もって逆計算が必要となる。他方、立ち上がり時間の性能は、前述の技術よりやや優れており、数ナノ秒のパルス継続時間に対して約１００ｐｓである。前述したように、δｔの最小値は電子又は光電子スイッチの技術による限界を有し、その積であるＮｘδｔの最大値は伝送路上の電気拡散現象による限界を有する。
パルスレーザへの応用分野においては、はじめ、マイクロ波ラインを低損失で長い基板上に配置するという原理が、単純でプログラム不可能な構成に対して適用された。このような極めて単純な構造では、空間的に可変のインピーダンスを有する単線路の入力において、電荷を固定したときの電気反射の振幅変動を利用する。しかしながら、必要に応じて、生成される電気パルスのプロファイルに対し、この線路に沿ったインピーダンスプロファイルを調整しなければならない。この装置は最も単純であるが、単調なパルスプロファイル（傾斜の符号に変化の無い、単調な増加又は減少）についてのみ機能する。更に、波形テンプレートを厳密な精度で製造しなければならないという観点から、この装置はプログラミングすることができず、作製が困難である。前述の最小δｔに関する電子又は光電子的限界は、依然適用される。
【０００５】
時間分解能が最も低い分野では、分解能δｔが１〜数ナノ秒より大きい、任意の形状のジェネレータが電子機器メーカーから提案されている。これは、強力なダイナミクス（Ｄ＞数１０２）を有する装置であり、Ｎには非常に大きな値が想定できるが、ピコ秒の範囲の分解能δｔとは本質的に両立しない。
任意の形状の、高圧でプログラム可能なパルスのジェネレータの分野においては、個別の伝送路又はストリップラインをも有する装置が提案されている。これらの装置により、数キロＶのピーク強度を有する電気パルスについて、数ナノ秒〜１０ナノ秒のＴｗｉｎｄｏｗ値においてδｔ＝１００ｐｓ〜２００ｐｓの値を達成することが可能である。ストリップライン上に光電導体を使用する技術は、現在のところ、高電圧パルスに使用可能な唯一の技術であり、この場合、１０ｎｓの範囲に位置するパルス継続時間Ｔｗｉｎｄｏｗの間のサンプル数Ｎ＝１０〜１００である。この種のシステムは、強力なダイナミクス（Ｄ＞１０３）を提供できる反面、１０ｎｓを超える継続時間を有するパルスの分野では、δｔ＜１００ｐｓの値に使用できず、前述の電子及び光電子的限界がこの場合にも適用される。
【０００６】
いわゆる、「全光学的」技術の分野では（例えば、B. Colombeau等による文献、「Shaping of short laser pulses by passive optical Fourier techniques」（Opt. Comm. 19、201頁、1976年参照）、周波数変換とミキシングとを用いた装置により、δｔ＜１ｐｓの範囲の光パルスプロファイルを得ることが可能である。これらの装置は、高い時間分解能を達成できるが、本質的に狭いパルス（通常ウインドウ：１ｐｓ−１ｎｓ）に適している。これらは、最初に指定の分光幅を有する短いパルスを必要とし、出力性能はこれに依存する。積Ｎｘδｔは比較的大きく、通常１０３＜Ｎ＜１０４である。しかしながら、事前に特定されたプロファイルを得るためには、精密な較正作業が必要であり、その製造は光学的構造の面で非常に複雑である。
本発明は、単純で柔軟性に富んだ概念に基づくシステムであって、広範な動作範囲を有するという点で有用なシステムに関する。本発明は、完全に任意のプロファイルを製造するために、互いに独立した一連のサンプルを使用して、非常に単純なプログラミングを行うという主要な利点を有する。所望の数のサンプルによって、時間分解能ドメインは、１ピコ秒の数分の１（光学ドメインにおいて）〜数ピコ秒（電気ドメインにおいて）、更には数十ナノ秒に亘るδｔ値に対応することができ、その際非常に高いＮ値及びＤ値を同時に維持することができる。本概念は、少なくとも以下二つの構造に適用可能である。
【０００７】
−一方は、数ピコ秒よりも大きいδｔの領域に使用される電気光学型であって、光位相又は強度、及び電気強度の機能変調に適用可能である。この構造は全てファイバから形成されており、よって非常に小型で丈夫である。ユーザにとっては、光学的位置合わせ作業が不要であるので操作が非常に簡単である。本発明のシステムの作業能力は特に有利であり、特に「低電圧の電気光学」及び「全光学」の分野において有利である。
−他方は、分解能δｔが数分の１ピコ秒より大きい領域に使用される純粋な光学型でああって、光強度の変調を必要とする場合に適用可能である。電気光学型との違いは、出力変調器の種類のみである。
【０００８】
本発明により、特定の数の前述の欠点が他の整形装置に関して矯正され、同時に既存のシステムでは達成できなかった出力作業能力の組み合わせが可能となる。即ち、
−高い時間分解能（既知の電気光学装置の１／１０〜１／１００にδｔを低減）と同時に、更に多数のサンプルを使用することが可能になる（技術的問題を発生させない場合は常に、Ｎ＝１０４〜１０５が最低値）。電気光学型であるか、全光学型であるかに関わらず、１０３を超えるＤ値を完全に実現できる。
−標準的な低周波電子技術（通常１００ＭＨｚ）を用いた完全にプログラム可能な性質と、市販の一般的なコンポーネントの使用により、柔軟性及び単純性に優れた本発明に低コスト性が付与される。
【０００９】
従って、本発明は、極めて高い分解能の位相及び／又は強度プロファイルのパルスジェネレータに関し、本パルスジェネレータは、所定の周期（Ｔｏ）で第一の光パルストレインを放射する光源を備えている。本パルスジェネレータは、更に以下を備える。
−光源から放射された光パルスの強度を変調する第一の変調器であって、少なくとも一つの第二の光パルストレインを放出し、その際異なるパルスが所定の強度レベルで互いに独立して変調される、変調器。
−光源から放射された光パルスが、光源の周期（Ｔｏ）とは僅かに異なる時間（τ）で周回するような光路長を有している光回路。
−第一及び第二の入力と、第一及び第二の出力とを有する、コマンド制御可能な第一のアクティブ光カプラー。本カプラーは、第二入力で第二の光パルストレインを受信する。その第二出力は、所定の光路長を有する光回路を経由して、第一の入力に接続されており、第二のパルストレインと同数のパルスを含む第三のパルストレインを第一の出力から出力する。
−第一の光カプラーに指令を与えるコマンド装置であって、光カプラーに、第一のコマンドにより、二つの入力に入射した光を第二の出力に送信させ、第二のコマンドにより、第一の入力に入射した光を第一の出力に送信させるコマンド装置。
【００１０】
好適には、光源は、周期的なパルスを放出するアクティブなモード同期レーザである。
有利には、第一変調器は、各レベルの継続時間が光源の周期（Ｔｏ）と等しいエイリアス（aliased）電気信号による指令を受ける。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、光回路は、光源から放出された光パルスが、光源の周期（Ｔｏ）よりも僅かに長い時間（τ）で光回路を周回するような光路長を有する。
好適には、前記光回路は単一モード光ファイバから構成される。
【００１２】
第一変調器の変調継続時間（ＮＴｏ）は、光源の周期の倍数に設定可能である。また、第一のコマンド（Ｋ＝０）は、第一の変調器の変調開始によりトリガされ、変調の終了時に停止するように設定することができ、これは、第一の変調器と、第一のカプラーの第二入力の間のパルス移動時間に近い。また、第二のコマンド（Ｋ＝１）は、第一のコマンドが停止した時にトリガされるように設定できる。
有利には、光回路内に増幅器を挿入する。
【００１３】
一つの入力が第一カプラーの第一出力に接続されている第二の光カプラーは、第一及び第二出力に光を分配する。この第二出力を出た光は光検知回路に送られ、前記増幅器に指令を与えるのに使用される。
有利には、前記光回路内に直列に第一のブラッグ格子を挿入し、時間的分散の補償に使用する。
【００１４】
一実施形態によれば、第一のカプラーの第一出力は第二の光変調器に接続され、この第二変調器は、共振可飽和吸収材又は非線形光エレメント（例えばカー効果を有する）を備えており、やはりこの第二の変調器に入射するビームの強度を変調するのに使用される。
別の実施形態によれば、第一カプラーの第一出力は光−電気コンバータに接続され、このコンバータは、受信した光パルスを電気パルスに変換して出力する。
【００１５】
光−電気コンバータから出力された電気パルスは電気光学変調器に印加され、それにより、この電気光学変調器に入射した光ビームの位相又は強度が変調される。
有利には、第二のブラッグ格子を、第一のカプラーの第一出力と、変調器又は電気光学検知器の間に挿入する。
【００１６】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の詳細な説明と添付図面とにより明瞭になる。
【実施例】
【００１７】
まず図２に、本発明によるジェネレータの一般的実施形態を示す。
本ジェネレータは、例えばアクティブなモード同期型レーザ源である光源１を備え、この光源は、通常この種の光源に使用される周波数Ｆｏ＝５０−１００ＭＨｚにおいて、周期Ｔｏ＝１／Ｆｏの極めて短い光パルスの連続トレインを生成する。光源の起動及び停止は、コマンド回路１０によって制御される。図２のＤ１が、前記パルストレインを示す。
【００１８】
これらの光パルスは強度変調器２に送られ、強度変調器２は、強度が変調された光パルスを単一モード光ファイバのループ３に送る。
変調器２は、受信したパルスの光強度をパルス毎に変調する。このために、変調器２は電子回路２０によって駆動され、電子回路２０は変調器２に対し、モード同期光源１の周波数で振幅を変更可能な電圧パルスを有するコマンド信号Ｃ２を供給する。従って、コマンド回路２０はレーザ光源のコマンド回路１０と同期している。図２のＤ２は前記コマンド信号Ｃ２を示し、Ｄ３は、変調器２によって供給される変調されたトレインを示す。変調器２とそのコマンド回路２０は、従来型の回路である。
【００１９】
変調器は、二つの入力と二つの出力とを有する光カプラー４を介して光ファイバ３に接続されている。
光ファイバループ３は、カプラーの出力Ｄと入力Ａの間に接続されている。変調器２が、光ファイバによりカプラーの入力Ｂに接続されていることにより、変調器２から出力された光パルスを光カプラーの出力Ｄに送ることができる。このカプラーの機能については後述する。
【００２０】
光ファイバループ３は、パルスがファイバループを一周するために要する時間を表す、固有の光学的時間τ（又はファイバの光路長）を有する。このループは、「サンプル値累積器」、及び「時間軸圧縮器」の機能に関連する特定の機能モードに使用される。その役割は、光源１から出力され、変調器２によって強度変調されたパルスの当初の放出周波数Ｆｏに、非常に大きな倍数を掛け合わせることである。このプロセスは、一般に、光パルスを次々に「積み重ねる」ことによって行われる。
このために、本発明では、互いに適合する光ファイバループ３の特性時間τと、モード同期光源の周波数Ｆｏとを使用する。具体的には、時間τと光源１の周期Ｔｏとを、所定の量だけ僅かにずらす。時間τが、周期Ｔｏ＝１／Ｆｏよりごく僅かに短い場合、カプラー４の入力Ｂに入射した任意のパルスは、カプラーの出力Ｄに接続されることにより、ループ３内部の、前の周回中にこのループに入って既にこの周回の伝播遅延を経たパルスの直ぐ後に留まる。従って、これら二つのパルスを隔てる時間差は、δｔ＝Ｔｏ−τとなり、変調器２によって送達される連続した二つのパルスを隔てる時間差Ｔｏは値δｔをとる。この時間間隔は、「モジュロＴ０」として機能することもできる。この原理を機能させるためには、ループ内にパルスを累積する間に亘り、Ｆｏ及びＬを完全に安定させなければならない。
【００２１】
各サンプルに関連する初期のパルスの形状によって、１０４未満の値δｔｘＦｏの初期充填率を５０％程度上昇させることできる。ここで、値Ｔ０の時間窓の外側で減衰するように動作する変調器２の任意の値のオープン時間Ｔｏｐｅｎ＝ＮｘＴｏ＝Ｎ／Ｆｏ、及び光損失の無い開始ループについて考える。ループを一定時間後に切り替えることにより、継続時間がＴｗｉｎｄｏｗ≪Ｔｏｐｅｎで、且つ１／Ｆ０に相当する極めて短い周期δｔを有するパルストレインを生成することができる。
光源１の周波数Ｆｏと、光ファイバループ３の長さＬとのドリフト（それぞれΔＦｏとΔＬ）が小さいほど、及びモード同期光源から供給されるパルスの継続時間（Δｔｏ）が短いほど、δｔを小さくすることができ、本装置の時間分解能を高くすることができる。ΔＬ＝０、ΔＦｏ＝０の場合、δｔ≒δｔ０とすることも可能である。従って、本装置の最適な調整条件は、次式で示される：
Ｆｏ＝１／（τ＋δｔ）
【００２２】
ループ３に蓄積されたＮ個の短いパルスからなるトレインは、電子回路３０からカプラー４に印加されるコマンド信号Ｋの指令により、ループ３から抽出される。カプラー４の出力Ｃに送られたパルストレインを、図２のＤ４に示す。
このパルストレインは、それと同等の合成パルスを形成する。合成パルスのエンベロープは、変調器２に印加される信号Ｃ２の一連の電圧値によって決まる任意の形状を有する。しかしながら、図２のＤ４に示す合成パルスのエンベロープの継続時間は、Ｄ３に示すパルストレインのエンベロープよりもはるかに短い。
【００２３】
この方法によれば、目標となる合成パルスのプロファイルは間隔δｔ（時間分解能）でサンプリングされ、このようなプロファイルを有するサンプルの各々は、変調器２に印加される電気パルス列の値によって決まる。Ｎ個のサンプルは、互いに独立して決定される。従って、合成パルスのプロファイルを所望の仕様のパルスプロファイルに一致させることにより、電気的プログラムが可能で、且つ非常に高い時間分解能を有する任意のパルスプロファイルのジェネレータを得ればよいだけである。
図２に示すシステムは、更に、光ループ３に直列に挿入された光増幅器５を備える。システムが多数のサンプルＮで正常に動作することは、ループ利得が、略、一定で、且つ継続時間ＮｘＴｏに亘ってループ内のパルスに制御不能な減衰が発生しないことを前提とする。図２に示すシステムは、光ファイバループ内部に生じる減衰が予め判明しており、時間的に制御されること、及び増幅器５は調整可能な純利得を有することを前提としている。
【００２４】
図５に示すように、ループ利得γの電子サーボ装置５０を設けることができ、この装置は、本明細書では詳述しない中間的シーケンスの間に、ファイバループから抽出された二つのパルストレインの間で起動され、カプラー８の「サンプリング」出力信号を使用する。サンプリングの値は通常数％である。この装置５０は、γのサーボ制御を可能にする電気コマンド５１を生成する。
従って、サーボ制御により、システムのドリフトを修正することが可能である。この様なサーボ制御を図２、４、５、及び６に示す構成に同じ方法で実行することができる。ファイバ増幅器は、略、Ｇ≒１／γの利得Ｇを有し、入出力は絶縁されている。増幅器の技術の要件として、Ｇには非常にゆっくりした変動しか加えられない場合、ループ利得の調整は、追加的結合エレメント（図示せず）に作用することにより達成できる。このエレメントは、損失を有する電気光学型エレメントであり、急速に起動することができ、増幅器内部に、出力に直列に配置され、電子コマンド５１によって起動される。
【００２５】
ファイバループ３に直列にブラッグ格子６を挿入することができる。この格子は、ループの周内に残留する時間的分散を最小化することにより、カプラーの入力Ｂに提供されるパルスの一時的な精密調整を維持する必要があるため、本発明のシステムにおいて極めて重要な役割を果たす。Ｄ４に示すように、一つの合成パルスに含まれるパルスの数Ｎを、非常に大きな値とすることができなければならず、例えばＮ＝１０４が可能でなければならない。このような条件下において、入力Ｂからループ３に入る一つのパルスは、１０４回に亘ってループを周回する。従って、一つのパルスの全伝播距離Ｌｔｏｔは、Ｌｔｏｔ＝ＮｘＬとなり、ここでＬはループの長さである。例えば、Ｌ＝２ｍ、Ｎ＝１０４のとき、総伝播距離は、Ｌｔｏｔ＝２０Ｋｍとなる。この格子が存在しないと、分解能δｔは、サンプル累積中に徐々に劣化し、δｔの最大値とＮとの妥協点を探らねばならなくなる。増幅器５によってもたらされる利得と同様に、各ループに対して補償効果が使用される。好適には、格子はチャープ補償され、「ループと増幅器」のアセンブリの全パラメータに対して最適化される。
【００２６】
次に、ループ３からのパルストレインの抽出を可能にするカプラー４の指令について説明する。カプラー４は、電気的に切り替え可能なアクティブコンポーネントである（当然ながら、光コマンドを使用した切り替えも可能である）。
従って、この四重極は、ＤＷＤＭ網等の電気通信ネットワークの高速多重機能に使用されるものに類似のウエーブガイド付き電気光学型の方向性カプラーである。ＤＷＤＭは、Kartalopoulosによる文献「DWDM, Networks, Devices and Technology」（Ed. Wiley-Interscience、2003 125-126頁）に記載されている。この種のカプラーは、エバネセント波により縦方向に結合されたウエーブガイドの間の相互作用を制御するという原理に基づいている。方向性の電気光学型カプラーの切り替え時間は、厳密にサブナノ秒の範囲に位置するので、それらは本発明に十分に適している。これらのカプラーは、隣接ポート間の絶縁性が高い、スペクトルの許容性が高い、及び雑音指数が低いといった利点も有している。
【００２７】
従って、カプラー４は、二つの入力Ａ、Ｂと、二つの出力Ｃ、Ｄとを有する四重極式である。四重極は、電子回路３０から送られるコマンド信号Ｋによって駆動されて、
−Ｋ＝０の場合、二つの入力Ａ及びＢに入る光信号は出力Ｄに送られ、ファイバループ３に向かう。
−Ｋ＝１の場合、入力Ａは出力Ｃと結合され、入力Ａから出力Ｄへの伝送は阻止される。既にファイバループ３に入っているパルスはカプラーの出力Ｃに向かい、抽出される。
【００２８】
図３に示すように、中央コマンド回路４０は、回路２０にコマンド信号Ｃ３＝０を送り、変調信号Ｃ２を変調器２に送るように機能させる（図３参照）。変調信号Ｃ２は、光源１から到来する異なるパルスの変調を可能にする。これと同時に、信号Ｃ３＝０は、コマンド回路３０に指示してカプラー４に信号Ｋ＝０を送らせ、カプラー４の入力Ｂを出力Ｄに接続させ、更に入力Ａを出力Ｄに接続させる。変調されたパルスがループ３に導入される。
コマンド回路４０が信号Ｃ３＝１を送ると、コマンド回路２０は変調器２の変調を停止させ、回路３０は信号Ｋ＝１をカプラーに出力し、カプラーの入力Ａを出力Ｃに接続させる。ループ３に導入されたパルスは、図３に示す時系列図の右側に示すように、互いに極めて近接したパルストレインの形態でカプラーの出力Ｃから抽出される。
【００２９】
このパルストレインは光変調器７に印加され、光変調器７は、変調すべき光ビームＭを受光して、変調された光ビームＧを出力する。変調器７は、例えば半導体可飽和吸収装置であり、具体的には例えば量子井戸共振装置である。この装置は、コントラストが吸収飽和に限定されている場合、差別的な種類でもよい。
可飽和吸収材（又は他の非線形光学素子）を使用する光変調器の操作原理では、ファイバＥにより放出されるビーム及び変調されるビームＭは、装置７の入射面に対し、同一線上には入射しない。そのオフセット角度は、通常、１０〜４５度である。可飽和吸収材の伝送速度は、ファイバＥにより送達されるパルスの強度に応じて変化する。本装置の総合的な較正の際には、吸収材の伝送特性を考慮する必要がある。
【００３０】
図５に示す変形実施形態によれば、装置７は反射により動作することができる。この場合、ファイバＥから入射するビームとビームＭとが入射する面の反対側の面が反射面となる。例えば、本装置は反射層１７を有する。このような反射構造の機能は、光が吸収材を二度貫通するため、伝播により機能し、二重の効率を有する構造に類似したものとなる。
変調は、変調器７の可飽和吸収材内の伝送に作用することにより行われる。この場合、吸収材を照射するパルスのピーク強度は、吸収材の伝送特性に関して調整される。吸収材全体をホワイトニングする値に相当する値にこのピーク強度を調整することにより、光の非線形伝送機能によるダイナミクスの減少を最小に抑えることができる。
【００３１】
図４に、カプラーの出力Ｃが光ファイバにより超高速コンバータ１５に接続されている変形実施形態を示す。コンバータ１５は、光パルストレインを受信すると、電気パルストレインをＦに出力する。この電気信号は、ビームＮの振幅（強度）又は位相を変調してビームＨを提供する電気光学型変調器１６に印加される。電気光学型変調器１６は、電界を物質の屈折率の変化に変換するポッケルス効果装置とすることができる。任意の長さに亘り、この物質は位相変調を行う。この装置をマッハツェンダ干渉計に組み込むことにより、光強度変調器を得ることができる。
【００３２】
図５に、本発明によるパルスジェネレータの完成度の高い実施形態を示す。本システムは、カプラーの出力Ｃにおいて検知された信号に関連して増幅器５をサーボ制御する。
カプラー４の出力Ｃにカプラー８を接続し、出力Ｃからカプラーを出る信号の一部（例えば数％）をサンプリングすることができる。時間の経過とともに変化する光損失（ファイバ及びカプラー４上の伝播）の下で一定の利得を維持するためには、出力Ｃから出力された信号から採取したサンプルを使用して増幅器５の利得Ｇを電子サーボ制御することが必要である。サンプルの光信号は、サーボ制御電子装置５０に送られ、この装置５０は電子制御信号５１を出力して増幅器５に指令を与える。
【００３３】
従って、増幅器が飽和しない限り、非常に多数の周回ループ上に、略、均一なループ利得が維持される。単一モードのファイバを用いる場合などに損失を低く抑えるため、Ｇの値は低い（１０ｄＢ未満）。本増幅器は、低い雑音指数（現在の技術で通常４−５ｄＢ）で従来型の低コスト技術を用いて製造することができる。
強度ダイナミクス（Ｄ）の面での究極的限界は、同じ雑音指数、モード同期光源で発生する光−電子ノイズ、変調器２で達成可能な振幅ダイナミクス（周波数Ｆｏの範囲で従来１０４−１０５）、並びに電子パルスに関し、高速出力光−電気コンバータの影響により決定される。
【００３４】
ユーザの観点から２つの重要な特徴を指摘し、使用の単純性を示す。
−Ｎ個の連続したサンプルは、順に、互いに独立して決定される。
−Ｎの値の設定プログラムは、本質的に線形で行われる。ループ増幅器が飽和しない限り、非線形性の修正は不要である。
電気パルスの生成は、増幅型広帯域フォトダイオードの後段で、簡単な光−電気変換を行うことによって形成する。現在使用されている通常の帯域は：ＤＣ−１０ＧＨｚ、ＤＣ−４０ＧＨｚ、ＤＣ−６０ＧＨｚである。
【００３５】
図６は、本発明によるジェネレータの変形実施形態を示す。この実施形態によるジェネレータは、モード同期光源の波長で光強度を直接変調することを可能にする。Ｃ点とＥ点の間に第二のブラッグ格子１８が挿入されており、よって光拡散が誘起されて成形パルスの適切なスムージングが行なわれる。こうして、エンベロープの残留リップル率が所望のレベルまで低下する。パルスプロファイル整形動作を最適化することにより、サンプリング原理に固有の現象であるエンベロープ周りのリップル率を決定するという非常に一般的な問題が生じる。行われるスムージングは、継続時間Ｎｘδｔのウィンドウ内に設定しなければならない。現在使用可能な値の範囲は：δｔ＝ピコ秒の数分の１、通常、Ｎ＝１０４〜１０５、Ｄ＞１０３である。
電気光学型システムに関連し、超高速変調器１６の出力であるＦ点の電気強度を間接的に変調する図４のシステムでは、変調器のパルス応答が限定されていることにより、自然に時間的スムージング機能が提供され、第二のブラッグ格子は必須でない。
【００３６】
Ｈ点では、電気光学型位相変調器１６により、外部から入射した光ビームの波長で光位相の間接的変調が行われる。この変調器１６は、４０−１００ＧＨｚの帯域の電気通信技術の開発により生まれた超高速コンポーネントとすることができる。現在使用可能な値の範囲は：δｔ≒３ｐｓ、通常、Ｎ＞１０５、Ｄ＞１０２である。
また、得られた合成パルスを、「スムージング」することができる。このスムージングは、時間フィルタリングにより、変調器１の入力に所定の値Ｖ（ｔ）を用いるようにプログラムすることによってエンベロープ周りで行われる。スムージングの役割は、エンベロープの立ち上がり時間及び立下り時間を極端に悪化させることなく、結果として得られる出力変調の振幅を減少させることである。フィルタリングは、
−基本的に光パルスのレベルで、
−ファイバループ内のブラッグ格子によって生成される拡散効果を調整することにより、
−又は、電気パルスを発生させる場合は電子フィルタリングにより
行う。
【００３７】
上記の説明では光パルスの生成に重点を置いたが、本発明によるジェネレータは、例えば図４のＦ点においてパルスをサンプリングすることによる電気パルスの生成にも応用できる。
本発明は、時系列的なパルス整形を必要とする全ての分野に応用可能である。パルスの繰返し率は、無差別的に低いか、又は比較的高い。本装置の繰返し率の許容可能な最大限界は、Ｆｏ・δｔ及び増幅器利得の飽和限界によって求められるので、この率を増大させるのに利用できる手段として以下が挙げられる。
−周波数の高いモード同期光源を使用してＴｏを減少させる。これは、現在、Ｆｏ＝１〜１０ＧＨｚのこの種の光源の開発が多数進行中であるので、十分に可能である。
−ファイバ増幅器を、半導体上にウエーブガイドを有し、且つ光路長がもっと短い増幅器で置き換えることによりＬを減らす。
【００３８】
整形されるパルスは、光学的パルスでも、電気的パルスでもよい。
本発明の高圧分野への応用に関しては、以下のような考察が可能である。
−コンバータの出力をカスケード接続した増幅器に直接結合する。この場合、現在の技術では、０〜数ＧＨｚのアナログ周波数の範囲に限定される。
或いは、
−既存のレーザ技術を使用し、次いで直流高圧下で光電導体を切り替えるように増幅されたエンベロープを使用して決定される構成において、出力Ｃに送達されたパルストレインを光学的に増幅する。
【００３９】
本発明を他の多数の分野に応用することが考慮可能であり、特にレーザの分野への応用を考えることができる。本発明が極めて有益である一例は、高エネルギー物理学に使用されＰＷクラスのレーザである。この分野では、最大ピーク電力の供給は、時間的に伸張する装置のチェーンのヘッドにおける欠陥と、電力増幅の欠陥とを事前に補償する、設置のパイロット性能によって直接的に決定される。ＰＷチェーンにおいて増幅された全エネルギーを最小時間で再圧縮する能力は、同時に満たされるべき以下の需要について本発明により容易に評価及び適用できる。
−１〜１０ｐｓの非常に大きな時間分解能
−Ｔｗｉｎｄｏｗ＝５〜１０ｎｓの非常に多数のポイント
−大きな柔軟性、及びコンピュータによりプロファイルをプログラミングできること
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来技術によるパルスを示すグラフである。
【図２】本発明による全光学型ジェネレータの一例示的実施形態の基本図である。
【図３】図２に示すパルスジェネレータの機能を示す時系列図である。
【図４】図２に示すジェネレータから派生した電気光学型ジェネレータの一例示的実施形態の基本図である。
【図５】本発明によるジェネレータの完成度の高い一例示的実施形態の基本図である。
【図６】本発明によるジェネレータの一変形実施形態である。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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