(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散を補償する光学システムにおいて、前記システムが、
異なる波長を空間的に分離することにより一次分散を補償する光学部品の対と、
高次分散を実質的に補償するように位相板の対応する位置における高さを設計することにより各波長に対する位相変化が調節される当該位相板の形をとる高次分散補償装置と、
を有し、
前記高次分散補償装置が、少なくとも、
前記光学部品の対の光学特性、及び
前記高次分散補償装置と前記光学部品の対との間の相対的な位置、
を考慮に入れることにより前記光学部品の対と協働する、
光学システム。
【請求項２】
位置の関数としての前記高さが、前記板の少なくとも一部において、実質的に連続関数である、請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記装置が、実質的に平らな後面、及び前記板の少なくとも一部において、ステップ状の高さを持つ前面を持つ、請求項１に記載の光学システム。
【請求項４】
位置の関数としての前記高さが、前記板の少なくとも一部において、単調増加関数である、請求項３に記載の光学システム。
【請求項５】
前記装置が、実質的に同一の部品の対と協働する、請求項１に記載の光学システム。
【請求項６】
前記装置にわたる位置ｘの関数としての位相変化Δφと、前記装置にわたる位置の関数としての前記高さｈ(ｘ)との間の関係が、
Δφ(ｘ)＝ｈ(ｘ)Ｆ(λ、Ｏ＿Ｐａ、ＲＰ、Ｏ＿Ｐｒｏｐ)
の形で与えられることができ、
ここで、関数Ｆが、
λ：波長
Ｏ＿Ｐａ：光学経路
ＲＰ：前記板及び前記光学部品の対の相対的な位置
Ｏ＿Ｐｒｏｐ：前記光学部品の対の光学特性
に依存する、請求項５に記載の光学システム。
【請求項７】
前記光学部品の対が、プリズムの対であり、前記光学部品の対の光学特性Ｏ＿Ｐｒｏｐが、前記プリズムの屈折率ｎ及び前記プリズムの頂角を有する、請求項６に記載の光学システム。
【請求項８】
前記光学部品の対が、回折格子の対であり、前記光学部品の対の光学特性Ｏ＿Ｐｒｏｐが、前記回折格子の回折係数ｋを有する、請求項６に記載の光学システム。
【請求項９】
前記装置が、実質的にポリマ、好ましくはＰＭＭＡ、ＰＣ、ＣＯＣ又は一種のガラスで製造される、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記装置が、透明基板上のＵＶ硬化性樹脂で製造される、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記高さの分布が、各光学部品に対する距離及び入射角を有する前記高次分散補償装置と前記光学部品の対との間の相対的な位置に依存する、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１２】
前記光学部品の対が、実質的に同一のプリズムの対であり、前記プリズムの対の光学特性が、前記プリズムの屈折率ｎ及び前記屈折率の波長依存部分を有する、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１３】
前記システムが、非線形光学現象を使用する光学撮像システム、例えば多光子撮像システム又は第二高調波発生撮像システムにおいて使用される、請求項１に記載の分散を補償する光学システム。
【請求項１４】
分散を補償する方法において、
異なる波長を空間的に分離することにより一次分散を補償する光学的部品の対を備えるステップと、
高次分散を実質的に補償するように位相板の対応する位置における高さを設計することにより各波長に対する位相変化が調節される当該位相板の形をとる高次分散補償装置を備えるステップと、
を有し、
前記方法が、少なくとも、
前記光学部品の対の光学特性、及び
前記高次分散補償装置と前記光学部品の対との間の相対的な位置、
を考慮に入れることにより前記光学部品の対と協働するように前記高次分散補償装置を適合するステップを有する、
方法。
【請求項１５】
高次分散補償装置において、前記装置が、異なる波長を空間的に分離することにより一次分散を補償する光学部品の対と協働し、前記補償装置は、高次分散を実質的に補償するように位相板の対応する位置における高さを設計することにより各波長に対する位相変化が調節される当該位相板の形をとる、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば低い分散が重要である多光子撮像システムにおける高次分散補償装置に関する。本発明は、高次分散補償装置を持つ光学システム、及び光学システムにおいて高次分散を補償する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
第二高調波発生（ＳＨＧ）又は二光子吸収に基づく撮像のような多光子顕微鏡法は、医用撮像及び他の種類の撮像においてますます使用されるようになっている。多光子顕微鏡法において、信号は、焦点の位置における光パルスの時間幅に反比例する。したがって、可能な限りパルス幅を最小化することは最も重要である。対物レンズ又はスキャンヘッド等のようなスキャン多光子顕微鏡内のほとんどの光学素子は、材料分散、すなわち屈折率の波長依存性を引き起こす。光パルスが短いほど、スペクトル帯域幅が大きくなり、したがって、分散の効果が大きくなる。波長の関数としての通過時間の変化は、波長に対する屈折率の二次導関数に関する材料分散量Mにより記述され、すなわち、
【数１】
0005702718.tif 000002
である。ｃは空気中の光の速度であり、λは波長であり、ｌは光学材料の厚さであり、ｎは屈折率である。正常分散領域において、二次導関数は正であり、これは、より短い波長に対して、より長い波長より一片のガラスを通って移動するのに長くかかる。ＢＫ７のような標準的なガラスに対して、Ｍ／ｌは約４５ｆｓ2／ｍｍであり、これは、１０ｍｍのガラスを通る例えば０．１ＰＨｚ（＝０．１ｆｓ-1）の帯域幅を持つパルスに対して、パルス幅の増加が４５ｆｓのオーダであることを意味する。このパルス広がり効果は、
【数２】
0005702718.tif 000003
によりより正確に記述され、ここでτFLはフーリエ限界パルス幅、すなわち光源のスペクトル成分を与える最短の可能な幅である。ここで、スペクトルがガウス形状を持ち、ガウス時間分布を生じると仮定される。一例を挙げると、８００ｎｍの中心波長及び４０ｎｍの帯域幅において、前記光パルスは、フーリエ限界において２３．６ｆｓくらい短いことが可能である。スペクトル帯域幅Δλ（強度のＦＷＨＭ）とガウス分布のフーリエ限界パルスとの間の関係は、
【数３】
0005702718.tif 000004
により与えられる。
【０００３】
したがって、上記記載から、分散が、より大きな帯域幅に対していっそう重要であることが明らかである。
【０００４】
ほとんどの顕微鏡システムに対して、全ての光学素子の合計分散は、５０００ないし７０００ｆｓ2の値に達する。上記の式から前記光源のスペクトル帯域幅がどれだけであるべきかが計算されることができる。小さな帯域幅に対して、分散効果は小さいが、前記パルス幅はとにかく大きい。非常に大きな帯域幅に対して、分散なしのパルス幅は小さいが、分散効果は、最終結果が最初の場合より更に悪くなりうるほど絶大である。使用されるべき最良の光源は、パルスが材料分散を前提として√２で広がるようなスペクトル帯域幅を持つものである。ほとんどの顕微鏡に対して、これは、使用されるべき最適な光レーザ源が、約１００ないし２００ｆｓのパルス幅を持つことを意味する。ほとんどの市販の超高速レーザは、ここで、この範囲に入る。上述の状況に対して改良するためには、より短いパルス、したがって、より大きな帯域幅を持つレーザ源を持つ必要があり、更に、可能な限り分散効果を補償する必要がある。大体において、これは、プリズムの対及び／又は回折格子対で達成されることができる（R.L. Fork, C.H. Brito Cruz, P.C. Becker and C.V. Shank, "Compression of optical pulses to six femtoseconds using cubic phase compensation", Optics Letters 12(7) (1987) pp 483-485参照）。
【０００５】
上で、線形分散効果のみが記載されている。これは、光パルスの間に、中心周波数が、時間に対して線形に増加又は減少することを意味する。（フーリエ限界パルスに対して、中心周波数は一定である）。原理的に、線形より高次が生じることができる。これは、実際に、二次チャープ（chirp）効果が分散補償を制限するプリズム対に対する場合である。瞬間的周波数は、時間に対する光位相の一次導関数に等しく、線形チャープは、時間に対する光位相の二次導関数に対応し、二次チャープは、位相における三次の項と同じである。プリズム対に対して、これは、
【数４】
0005702718.tif 000005
に達する。
【０００６】
Fork他は、プリズム及び／又は回折格子の組み合わせを使用することによる高次分散補償をも示すが、これは、かなり膨大な解決法である。更に、追加の光学部品は、光学的損失を引き起こし、三次の項のみが補償されることができる。
【０００７】
近年、空間光変調器（ＳＬＭ）を持つパルス成形器が現れた（見直しに対して、A.M.Weiner, "Femtosecond pulse shaping using spatial light modulators" Rev. Sci. Instr. 71 (2000) 1929参照）。パルス成形器において、様々なスペクトル成分が、角度において広げられ、フーリエレンズ又は鏡を用いて位置において広げられる。ビームは、この場合、空間光変調器（ＳＬＭ）を通して送られる。この後者の装置は、液晶画素の線形アレイ、すなわち液晶装置である。各画素において、屈折率は、適切な電圧を印加することにより調節されることができる。各画素が、小さな波長範囲に対応するので、位相は、原理的に如何なる機能形式においても帯域全体にわたり設定され、瞬間的に最適化されることができる。前記ＳＬＭの不利点は、主に、各画素における位相変動が通常は２より大きくなく、前記画素が全て同じサイズであることである。各画素の位相を設定するために、複雑なドライバ電子素子が必要とされ、これは前記装置を高価にする。更に、画素面積の一部は、駆動回路に使用されるので、ＳＬＭ及び回折格子は、光損失を引き起こし、利用可能なレーザパワーを減少させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、改良された高次分散補償装置は有利であり、特により効率的な及び／又は信頼できる装置が有利である。
【０００９】
したがって、本発明は、好ましくは、上述の不利点の１以上を単独で又は一緒に軽減、緩和又は除外しようとする。特に、例えば膨大すぎる又はかなり複雑な解決法を持つ従来技術の上述の問題を解決する高次分散補償装置を提供することが、本発明の目的と見なされることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的及び幾つかの他の目的は、本発明の第１の態様において、高次分散補償装置を提供することにより得られ、前記装置は、異なる波長を空間的に分離することにより一次分散を補償する光学部品の対と協働し、前記補償装置は、位相板の形をとり、各波長に対する位相変化は、高次分散を実質的に補償するように前記板の対応する位置における高さを設計することにより調節される。
【００１１】
本発明は、排他的にではないが特に、構築及び使用するのが比較的単純である高次分散補償装置を得るのに有利であり、前記装置をかなり費用効果の高い装置にする。各波長に対する誘導された位相変化が、位相補償に対して液晶装置を持つパルス成形器には通常不可能である２より大きな値に設定されることができることにも注意すべきである。本発明は、（前記液晶装置内の画素に対応する）前記板上の高さ分布のステップの幅が、波長範囲全体にわたり同じである必要はなく、すなわち様々な高さの拡張又は幅が、本発明による位相板にわたって異なることができる点で、液晶装置を持つパルス成形器に対して追加の利点を持つ。
【００１２】
典型的には、前記高さ分布は、前記位相板の一次元においてのみ変化がするが、何らかの光学的応用に対して、前記高さ分布が前記位相板の第２の次元、すなわち下で図４を参照する断面図において見られるように前記位相板の深度に依存することを可能にすることが有利でありうることが考えられる。
【００１３】
本発明は、例えば二重プリズム補償器における、一次分散セットアップ、又は回折格子及びレンズの組み合わせが二回使用されるセットアップに関連して有利に使用されることができる。代替的には、本発明は、回折格子及び曲面鏡の組み合わせが二回使用される一次分散セットアップに関連して使用されることができる。
【００１４】
本発明に関連して、用語"高次"分散は、前記位相の固定の円周波数ω0の周りの良く知られたテイラー展開を考える場合に規定されることができ、
【数５】
0005702718.tif 000006
である。
【００１５】
前記位相の一次導関数は、例えばプリズムを通る時間遅延に対応し、周波数に対する前記位相の二次導関数は、線形分散を表す。前記一次分散は、所定の波長及び材料を通る距離において、冒頭で説明された波長に対する屈折率の一次導関数の二乗に依存する材料分散量Ｍにより定量化されることができる。この一次分散は、この目的に対して適切に構成された従来のプリズム対を用いて補償されることができる。本発明に関連する高次分散は、したがって、周波数ωに対する位相φの三次導関数及び高次導関数又は同等の微分表現から生じる上記のテイラー展開の項である。
【００１６】
有益には、位置の関数としての高さ（ｈ(ｘ)）は、前記板の少なくとも一部において、実質的に連続関数であることができる。代替的には、前記装置は、実質的に平らな後面を持ち、前記板の少なくとも一部において、前面がステップ状の高さを持つ。
【００１７】
典型的には、位置の関数としての高さ（ｈ(ｘ)）は、前記板の少なくとも一部において、単調増加関数であることができ、他のオプションにより、光学的セットアップに依存して使用されることもできる。有益には、位置の関数としての高さ（ｈ(ｘ)）は、前記板の少なくとも一部において、近似的に三次又はより高次の多項式であることができる。
【００１８】
一実施例において、前記装置は、実質的に同一の部品の対と協働するように構成されることができる。一般に、前記装置にわたる位置ｘの関数としての位相変化Δφと、前記装置にわたる位置の関数としての高さｈ(ｘ)との間の関係は、この場合、
Δφ(ｘ)＝ｈ(ｘ)Ｆ(λ, Ｏ＿Ｐａ, ＲＰ, Ｏ＿Ｐｒｏｐ)
の形で与えられることができ、ここで関数Ｆは、
λ：波長
Ｏ＿Ｐａ：光学経路
ＲＰ：前記板及び光学部品の対の相対的位置
Ｏ＿Ｐｒｏｐ：前記光学部品の対の光学特性
に依存する。
【００１９】
プリズム対に対して、前記光学部品の対の光学特性Ｏ＿Ｐｒｏｐは、この場合、効率的に高次分散を補償する装置を得るために前記プリズムの屈折率ｎ及び前記プリズムの頂角を有することができる。
【００２０】
回折格子の対に対して、前記光学部品の対の光学特性Ｏ＿Ｐｒｏｐは、この場合、高次分散を効率的に補償する装置を得るために前記回折格子の回折係数ｋを有することができる。
【００２１】
前記装置は、実質的にポリマ、好ましくはＰＭＭＡ、ＰＣ、ＣＯＣ又は一種のガラスで製造されることができる。代替的には、前記装置は、透明基板上のＵＶ硬化性樹脂で製造されることができる。
【００２２】
第２の態様において、本発明は、分散を補償する光学システムに関し、前記システムは、
−異なる波長を空間的に分離することにより一次分散を補償する光学部品の対と、
−高次分散を実質的に補償するように位相板の対応する位置における高さを設計することにより各波長に対する位相変化が調節される前記位相板の形をとる高次分散補償装置と、
を有し、
前記高次分散補償装置が、少なくとも、
前記光学部品の対の光学特性、及び
前記高次分散補償装置と前記光学部品の対との間の相対的な位置、
を考慮に入れることにより前記光学部品の対と協働する。
【００２３】
有益には、高さ分布は、各光学部品に対する距離（ｌ）及び入射角（θ）を有する前記高次分散補償装置と前記光学部品の対との間の前記相対的な位置に依存することができる。
【００２４】
一実施例において、前記光学部品の対は、実質的にプリズム対であることができ、前記プリズム対の光学特性は、屈折率ｎ及び前記プリズム内の屈折率の波長依存部分を有する。他の実施例において、回折格子が使用されてもよい。
【００２５】
前記システムは、非線形光学現象を使用する光学撮像システム、例えば高次分散が関連する多光子撮像システム又は第二高調波発生（ＳＨＧ）撮像システムにおいて使用されることができる。
【００２６】
第３の態様において、本発明は、分散を補償する方法に関し、前記方法は、
−異なる波長を空間的に分離することにより一次分散を補償する光学部品の対を備えるステップと、
−高次分散を実質的に補償するように位相板の対応する位置における高さを設計することにより各波長に対する位相変化が調節される前記位相板の形をとる高次分散補償装置を備えるステップと、
を有し、
前記方法が、更に、少なくとも、
前記光学部品の対の光学特性、及び
前記高次分散補償装置と前記光学部品の対との間の相対的な位置、
を考慮に入れることにより前記光学部品の対と協働するように前記高次分散補償装置を適合させるステップを有する。
【００２７】
本発明の第１、第２及び第３の態様は、各々他の態様のいずれかと結合されてもよい。本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【００２８】
本発明は、添付の図面を参照して、例としてのみ、説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】プリズム対を持つ一次分散補償システムの概略図である。
【図２】本発明による位相板を持つ分散補償システムの概略図である。
【図３】本発明による高次分散補償装置の概略的な断面図である。
【図４】本発明による高次分散補償装置を加えない光パルス形式を示す。
【図５】本発明による高次分散補償装置を加えた光パルス形式を示す。
【図６】図５に関連して使用される補償装置に対する高さ分布を示す。
【図７】本発明による方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、プリズムの対Ｐ１及びＰ２を持つ一次分散補償システム１００の概略図であり、放射線１０５の光学経路が示される。前記システムは、放射線１０５ａが鏡１２０を通る二重パスセットアップに構成される。第１のプリズムＰ１は、波長が長いほど、第２のプリズムＰ２のガラスを通って移動するように様々な波長を角度において広げる。これは、材料分散とは反対の効果を持つ。プリズム対Ｐ１及びＰ２の線形分散は、
【数６】
0005702718.tif 000007
として計算されることができ、ここでｌは、プリズムＰ１及びＰ２の２つの頂点間の距離である。波長に対する前記プリズムの屈折率の一次導関数が現れ、前記プリズムの合理的な距離に対して前記効果を実質的に大きくするという事実及びマイナス符号に注意する。プリズム対Ｐ１及びＰ２を通った後に、様々なスペクトル成分が、ビーム直径にわたる空間において広げられる。これは、望ましくなく、したがって、第１のプリズム対Ｐ１及びＰ２に対する鏡位置に第２の対（図１に示されない）を使用することができるか、又は図１に示される鏡１１０を用いてより良好に、ビーム１０５が、同じプリズムＰ１及びＰ２を通って送り返される、すなわち二重パスであるかのいずれかである。両方の構成が、負の分散を２倍に大きくする。通常は、前記プリズム間の距離を大きくしすぎ、これにより前記システムの残りの分散が過剰補償される。前記プリズムのベースに垂直な方向において一方又は両方のプリズムＰ１及び／又はＰ２をシフトすることによりほとんどゼロ分散に調整することができる。ガラスの量は、この場合、ビーム経路を変えることなしに方向に依存して増加又は減少される。このようにしてプリズム補償器は、フレキシブルであり、より多くの状況に応用可能である。
【００３１】
図２は、本発明による位相板を持つ分散補償システム２００の概略図である。分散を補償する光学システム２００は、図１と同様に異なる波長を空間的に分離することにより一次分散を補償する光学部品の対Ｐ１及びＰ２を有する。しかしながら、前記一次補償は、代替的には、他の光学的に同等な素子、すなわち光学分野の当業者に周知であるように各回折格子がレンズ又は曲面鏡を持つ回折格子の対により達成されることができる（例えば、参照により全体的にここに組み込まれるR.L. Fork, C.H. Brito Cruz, P.C. Becker and C.V. Shank, "Compression of optical pulses to six femtoseconds using cubic phase compensation", Optics Letters 12(7) (1987) pp 483-485参照）。
【００３２】
高次分散補償装置２１０が、前記光学経路内に挿入され、前記補償装置は、各波長λに対する位相変化Δφが高次分散、すなわち、位相φのテイラー展開の項
【数７】
0005702718.tif 000008
及び更に高次の項を実質的に補償するように位相板２１０の対応する位置における高さを設計することにより調節される位相板の形をとる。
【００３３】
高次分散補償装置２１０は、前記光学部品の光学特性Ｏ＿Ｐｒｏｐ、すなわち前記プリズムの屈折率ｎを考慮に入れることにより前記光学部品の対、すなわちプリズムＰ１及びＰ２と協働するように適合される。典型的には、前記２つの光学部品は同一、又は実質的に同一であるが、これは常に当てはまるわけではない。前記光学経路に沿った装置２１０の線形変位は、通常は、装置２１０と前記プリズムとの間の協働を変化しないが、高次分散補償装置２１０と光学部品の対Ｐ１及びＰ２との間の相対的な位置ＲＰも、考慮に入れられる。言うまでもなく、入射放射線１０５の実際の波長も考慮に入れられなければならない。前記装置は、この断面図において、実質的に平らな後面２１１、及びステップ状の高さを持つ前面２１２を持つ。
【００３４】
高次分散補償装置２１０は、有益には、実質的にビーム２０５に対するブルースタ角に配置される。プリズムＰ１及びＰ２は、損失を最小化するためにブルースタプリズムであることもできる。装置２１０は、装置２１０がこの目的に対して設計されている場合、鏡２２０又はプリズムＰ２のいずれかに実質的に隣接して取り付け又は配置されることもできる。
【００３５】
図３は、本発明による高次分散補償装置２１０の概略的な断面図であり、前記装置は、異なる波長を空間的に分離することにより一次分散を補償する光学部品の対Ｐ１及びＰ２（図３に示されない）と協働し、前記補償装置は、高次分散を実質的に補償するように位相板の対応する位置ｘにおける高さｈを設計することにより各波長に対する位相変化が調節される前記位相板の形をとる。位置の関数としての高さｈ(ｘ)、すなわち高さ分布は、通常は、板２１０の少なくとも一部において、単調増加関数であり、好ましくは位置の関数としての高さｈ(ｘ)は、少なくとも板２１０の一部において、近似的に三次又はより高次の多項式である。実際的な応用に対して、前記装置は、しかしながら、製造を容易化するようにステップ状の高さ３３０により実施されることができる。各ステップ３３０間の高さの差は、しかしながら、粗すぎるべきでない。典型的な寸法は、１０ｍｍの水平幅であることができ、垂直の高さの差は、４０波長のオーダ、すなわち７５０ｎｍの波長に対して３０マイクロメートルである。
【００３６】
図１に示されるプリズム対に対して、二次チャープ効果が、分散補償を制限する可能性がある。瞬間的な周波数は、時間に対する光位相の一次導関数に等しく、線形チャープは、時間に対する前記光位相の二次導関数に対応し、前記二次チャープは、前記位相の三次の項と同じである。プリズム対に対して、これは、
【数８】
0005702718.tif 000009
に達する。
【００３７】
一例は、前記プリズムがＳＦ６６ガラスからなり、これらの距離が３５０ｍｍである分散補償器である。補償されることができる線形分散の最大量は、１３０００ｆｓ2（ｆｓ＝フェムト秒＝１０-15秒）であり、ほとんどの顕微鏡システムに対して実質的に十分である。前記高次分散は、しかしながら、約４１０００ｆｓ3に達する。この全ての効果は、以下のようになる。すなわち、８００ｎｍの中心波長λ及び４０ｎｍの帯域幅を持つレーザ源を用いて、パルスを２４ｆｓくらいに短くすることができるべきである。一次プリズム補償器なしで、我々の多光子システムの対物レンズの焦点におけるパルス幅は、２ｐｓより大きい。一次プリズム補償器を用いて、約４５ｆｓのパルス幅を得る。
【００３８】
高次分散補償を提供するために、各波長λに対する位相φは、この場合、本発明によって板又は装置２１０の高さｈを対応する位置ｘにセットすることにより調節される。前記中心波長は、バー３４０により示される位置ｘ＝０において前記位相板を横切る。前記装置は、入射放射線ビームの中心波長が前記装置のこの実質的に中心の位置において前記装置に入る場合に高次分散補償するように設計される。前記装置は、しかしながら、分散補償されるべき光学的セットアップ及び／又は前記放射線に依存する非対称高さ分布で設計されることもできる。
【００３９】
波長の小さな変化は、距離に対して小さな偏向を生じる、
【数９】
0005702718.tif 000010
であり、ここでｌは、ブルースタ角プリズムであると仮定される前記プリズム間の距離である。角度θは、（ブルースタ角に対して最適である）前記位相板に入射する角度であり、ｎは前記プリズムの屈折率である。前記板の高さと誘導される位相変化との間の関係は、ブルースタ角において、
【数１０】
0005702718.tif 000011
に等しく、屈折率ｎは、ここで補償装置２１０の材料に関連すると理解される。上の２つの式を使用して、前記プリズム対の高次分散を補償する関数形式、又は他の光学的に同等な一次分散補償装置を作成することができる。
【００４０】
図４及び５は、それぞれ、本発明による高次分散補償装置２１０を加えない及び加えた光パルス形式を示す。
【００４１】
図４は、４１０００ｆｓ3の三次位相を持つ光パルスである。ＦＷＨＭは４７．６ｆｓである。帯域幅ら、８００ｎｍの中心波長において４０ｎｍであり、フーリエ限界パルス幅は、２３．６ｆｓである。前記光パルスは、図１と同様の二重パスにおいて３５０ｍｍの距離における２つのＳＦ６６ガラスプリズムを有するパルス圧縮器で線形チャープを補償される。この場合のソースの帯域幅は、８００ｎｍの中心波長において４０ｎｍである。有効パルス幅は、約４８ｆｓであり、高次分散は、前記パルスのテールにおいてかなりの量の共鳴（ringing）を生じることが見られる。図５は、６１のステップを有し、２００ｎｍの帯域幅にわたって位相を補償する高次分散補償装置２１０を２回通過した後の光パルスを示す。結果として生じるパルスのＦＷＨＭは、２５．２ｆｓである。したがって、前記光パルスが、最適化されたステップ状位相板２１０を横切った後に、前記パルスのテールにおける共鳴が行われ、前記パルス幅は、４７ｆｓから２５ｆｓに減少した。
【００４２】
図６は、図５に関連して使用される前記補償装置に対する高さ分布を示す。前記位相板は、ＰＭＭＡ（屈折率１．４８６）からなり、ブルースタ角の下で使用される。約２３ｍｍの水平範囲は、ＳＦ６６ガラスからなるプリズム補償器における２０ｎｍの帯域幅及び３５０ｎｍのプリズム距離に対応する。前記高さ分布は、６１の位相ステップで実行される。前記位相板は、様々な形で最適化されることができる。上の例で使用されるように周波数空間において等距離ステップ幅を取ることができる。他方で、所要のステップの数は、最小化されることができる。したがって、ステップ幅分布は、固定数のステップに対して最適な効果を持つように最適化されることができる。これは、一般に、前記中心周波数の近くでより広い幅のステップを持つ分布及び前記中心周波数から離れた周波数に対してより細かい分布を生じる。
【００４３】
図７は、本発明による方法のフローチャートであり、前記方法は、
異なる波長を空間的に分離することにより一次分散を補償する光学部品の対Ｐ１及びＰ２を備えるステップＳ１と、
高次分散を実質的に補償するように位相板の対応する位置における高さを設計することにより各波長に対する位相変化が調節される前記位相板の形をとる高次分散補償装置２１０を備えるステップＳ２と、
を有し、
前記方法は、少なくとも、
前記光学部品の対の光学特性Ｏ＿Ｐｒｏｐ、及び
前記高次分散補償装置と前記光学部品の対との間の相対的な位置ＲＰ、
を考慮に入れることにより前記光学部品の対と協働するように前記高次分散補償装置を適合するステップＳ３を有する。
【００４４】
本発明は、特定の実施例に関連して記載されているが、ここに記載された特定の形式に限定されることを目的としない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定される。請求項において、用語"有する"は、他の要素又はステップの存在を除外しない。加えて、個別のフィーチャが異なる請求項に含まれることができるが、これらは、場合により有利に結合されることができ、異なる請求項における包含は、フィーチャの組み合わせが実行可能及び／又は有利ではないことを意味しない。加えて、単数形は、複数を除外しない。したがって、"１つの"、"第１の"、"第２の"等は、複数を除外しない。更に、請求項内の参照符号は、範囲を限定すると解釈されるべきでない。
【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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【図７】
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