(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の光学信号を生成する装置であって、
該装置は、
光学発振器を含み、該光学発振器は、
少なくとも１つの光学媒体であって、該光学媒体は、第三の波長を有している光学信号が、該少なくとも１つの光学媒体を横断することに応答して、第一および第二の波長を有している光学媒体信号を発生させる、光学媒体と、
格子光学信号を発生させる格子であって、該光学発振器の長手方向軸に対する該格子の各角度の向きは、異なる波長範囲を有している該格子光学信号を発生させる、格子と、
該格子と該少なくとも１つの光学媒体との間に配置された光学要素であって、該光学要素は、対応する光学信号を該格子および該少なくとも１つの光学媒体の方へ方向付け、該対応する光学信号は、該格子光学信号および該光学媒体信号を含む、光学要素と、
該光学要素と該格子との間に結合されたビーム伸張器であって、該格子上の該光学要素からの光学信号を伸張し、かつ該光学要素に対して該格子から受け取られた光学信号を圧縮する、ビーム伸張器と、
該少なくとも１つの光学媒体に結合されている結合器であって、該結合器は、所望の線幅と該第一および第二の波長のうちの少なくとも１つの波長とを有している、該光学発振器からの該所望の光学信号を放射する、結合器と、
複数の回転アセンブリであって、該回転アセンブリは、該格子および各少なくとも１つの光学媒体を回転させ、該第一および第二の波長を該格子の選択された角度の向きに対応する該格子光学信号の波長に収束させることにより、該光学発振器をチューニングし、該所望の光学信号を生成する、複数の回転アセンブリと、
該光学発振器のチューニング可能な範囲にわたってスキャンする制御ユニットであって、該制御ユニットは、
ユーザ指定のパラメータを受け取ることと、
該光学発振器を動的にチューニングすることと、
該ユーザ指定のパラメータに従って、該格子および該少なくとも１つの光学媒体の角度の向きを制御するために、該ビーム伸張器および該回転アセンブリの構成を制御することによって、時間間隔の間、該所望の光学信号を動的に発生させることであって、該格子は、分散曲線に従って制御され較正される、ことと、
該時間間隔の後、該回転アセンブリを調整し、該格子および該少なくとも１つの光学媒体の角度の向きを調整し、該スキャン内の次の所望の波長において該所望の光学信号を発生させ、該光学発振器からの該所望の光学信号の放射を遅延させることを、該調整された角度の向きからの光学信号が、該次の所望の波長に収束するまで行うことと
を行うように構成されている、制御ユニットと
を含む、装置。
【請求項２】
前記所望の光学信号は、レーザー信号を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光学発振器は、約１．８ミクロン〜約４ミクロンの範囲内の波長を有している前記所望の光学信号を発生させるようにチューニングされている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記所望の線幅は、３００ピコメートル未満である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記所望の線幅は、約１００ピコメートルである、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの光学媒体の厚さは、約２ミリメートル〜約４ミリメートルの範囲にあり、１ワットより大きい電力レベルを有している前記所望の光学信号を発生させる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第一の波長は、シグナル波長を含み、前記第二の波長は、アイドラー波長を含み、前記結合器は、前記所望の光学信号を放射し、該所望の光学信号は、該シグナル波長および該アイドラー波長のうちの少なくとも１つの波長を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
レーザー信号を発生させるレーザーデバイスと、
該レーザー信号を操作する光学素子であって、該光学素子は、前記光学発振器と互換性のあるポンプ信号を形成し、該ポンプ信号を該光学発振器内の前記光学要素に提供する、光学素子と
をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
化学薬品または生物学的物質の固有の光吸収特性を感知することにより、前記所望の線幅によって、該化学薬品および該生物学的物質のうちの少なくとも１つの検知が可能になる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御ユニットは、前記格子の前記分散曲線を、前記格子光学信号の測定からの結果を該分散曲線に適用することにより、較正する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
光学発振器内で所望の光学信号を生成する方法であって、
該方法は、
第三の波長を有している光学信号が少なくとも１つの回転可能光学媒体を横断することに応答して、第一および第二の波長を有している光学媒体信号を該少なくとも１つの回転可能光学媒体を介して発生させることと、
回転可能格子を介して格子光学信号を生成することであって、該格子の各角度の向きは、異なる波長範囲を有している該格子光学信号を発生させる、ことと、
対応する光学信号を該格子および該少なくとも１つの光学媒体の方へ光学要素を介して方向付けることであって、該対応する光学信号は、該格子光学信号および該光学媒体信号を含む、ことと、
ビーム伸張器を介して、該格子上の該光学要素からの光学信号を伸張し、かつ該光学要素に対して該格子から受け取られた光学信号を圧縮することと、
所望の線幅および該第一および第二の波長のうちの少なくとも１つの波長を有している該所望の光学信号を、結合器を介して放射することであって、該結合器は、該少なくとも１つの光学媒体に結合されている、ことと、
該格子および各少なくとも１つの光学媒体を回転させ、該第一および第二の波長を、該格子の選択された角度の向きに対応する該格子光学信号の波長に収束させることによって、該格子および各少なくとも１つの光学媒体を動的にチューニングし、該所望の光学信号を生成することにより、制御ユニットを介して、該光学発振器のチューニング可能な範囲にわたってスキャンすることであって、
該スキャンすることは、
ユーザ指定のパラメータを受け取ることと、
該ユーザ指定のパラメータに従って、該ビーム伸張器の構成と、該格子および該少なくとも１つの光学媒体の角度の向きとを制御することにより、時間間隔の間、該所望の光学信号を動的に発生させることであって、該格子は、分散曲線に従って制御され較正される、ことと、
該時間間隔の後、該格子および該少なくとも１つの光学媒体の該角度の位置を調整し、該スキャン内の次の所望の波長において該所望の光学信号を発生させ、該光学発振器からの該所望の光学信号の放射を遅延させることを、該調整された角度の向きからの光学信号が、該次の所望の波長に収束するまで行うことと
を含む、ことと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記所望の光学信号は、レーザー信号を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記スキャンすることは、
前記格子および各少なくとも１つの光学媒体をチューニングすることをさらに含み、該チューニングすることによって、約１．８ミクロン〜約４ミクロンの範囲内の波長を有している前記所望の光学信号を発生させる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記所望の線幅は、３００ピコメートル未満である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記所望の線幅は、約１００ピコメートルである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの光学媒体の厚さは、約２ミリメートル〜約４ミリメートルの範囲にあり、１ワットより大きい電力レベルを有している前記所望の光学信号を発生させる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一の波長は、シグナル波長を含み、前記第二の波長は、アイドラー波長を含み、前記放射することは、
前記所望の光学信号を放射することをさらに含み、該所望の光学信号は、該シグナル波長および該アイドラー波長のうちの少なくとも１つの波長を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
レーザーデバイスを介してレーザー信号を発生させることと、
光学素子を介して該レーザー信号を操作することであって、該操作することによって、該少なくとも１つの光学媒体と互換性のあるポンプ信号を形成する、ことと、
該光学素子からの該ポンプ信号を前記光学要素へ方向付けることと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
化学薬品または生物学的物質の固有の光吸収特性を感知することにより、前記所望の線幅によって、該化学薬品および該生物学的物質のうちの少なくとも１つの検知が可能になる、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記格子の前記分散曲線を、前記格子光学信号の測定からの結果を該分散曲線に適用することにより、較正することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（背景）
（１．技術分野）
本発明の実施形態は、光学信号を発生させるデバイスに関する。特に、本発明の実施形態は、狭線幅（例えば、光スペクトル幅またはバンド）をチューニング可能な波長範囲および強化電力出力に対して提供する光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）に関する。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、化学薬品（例えば、狭線および広い特性（またはより幅広い線））および／または生物学的エーロゾルの検知のために採用され得る。
【背景技術】
【０００２】
（２．関連技術の考察）
光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、干渉性放射をパラメトリック増幅を介した所望の周波数で発生させる能力を有している周知の非線形光デバイスである。従来の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）では、ポンプ供給源がポンプ波長のレーザー光のビームを光学キャビティに供給する。光学キャビティは、エンドミラーと隣接し、非線形光学媒体（典型的には非線形光学結晶）を含む。ポンプビームは、光学キャビティ内の非線形光学媒体を通り伝播するので、ポンプ波長の光子は、２つのより長い波長の光子の対に変換される。それによって、これら２つのより長い波長（従来はシグナル波長およびアイドラー波長といわれた）を有している２つのより低エネルギーなビームになる。（それぞれシグナルおよびアイドラー波長を有している）シグナルおよびアイドラービームの周波数の合計は、ポンプビームの周波数に等しい。シグナルおよびアイドラービームの特定の波長は、ポンプ波長、非線形光学結晶の種類および切断、光学キャビティの設計を含む数多くの要因によって決定される。加えて、シグナルおよびアイドラービームのチューニングは、非線形光学結晶の角を調節することによって達成され得る。
【０００３】
非線形光学結晶を最初に通過すると、シグナルおよびアイドラービームに変換されるポンプビームの小さな摩擦のみが典型的な動作状態によって生じるので、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）の光学キャビティは、パラメトリックに生成されたビームのうちの１つまたは両方を発振するように一般的には設計されており、その結果、シグナルおよび／またはアイドラービームは、非線形光学結晶を連続して通過する際に増幅される。生成された光ビームの両方が共振された場合、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は二重共振発振器と考えられ、生成された光ビームのうちの１つのみが共振された場合、単共振発振器であると考えられる。特に、光学キャビティは、シグナルおよびアイドラー周波数のうちの１つのみを反射する（単共振）か、またはシグナルおよびアイドラー周波数の両方を反射する（二重共振）エンドミラーを有するように設計され得る。
【０００４】
光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）の用途としては、化学的／生物学的物質の検知および／または識別のための光源がある。中間波長赤外線（ＭＷＩＲ）領域における遠隔感知に関して、幅広いさまざまな興味の化学薬品は、固有の吸収特性を有している。感知に対する１つのアプローチとしては、差分吸収ライダー（ＤＩＡＬ）と回折散乱（ＤＩＳＣ）との用途の両方のための幅広くチューニング可能な（つまり、３．１〜３．６ミクロン）光源を用いることによって、この特徴を利用することである。しかし、光源の大きなチューニング範囲は、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）が３００ピコメートル（ｐｍ）よりも有意に低い線幅（例えば、光スペクトル幅またはバンド）を達成するのを妨げる。この線幅は、興味の多くの狭線化学薬品（例えば、塩化水素（ＨＣｌ）など）の幅に類似している。さらに、これらの狭線幅は、最適な測定値に資すところがない。なぜなら、過剰に厳しい許容範囲が中心波長に課されるからである。
【０００５】
上に記載した発振器は、より広い線幅（例えば、光スペクトル幅またはバンド）を必要とする広い特性を有している化学薬品（例えば、メチルホスホン酸ジメチル（ＤＭＭＰ）、りん酸トリエチル（ＴＥＰ）など）に対して十分に機能する。幅広いチューニング範囲と、広いまたは狭い吸収特性のどちらかを有している化学薬品を測定する能力とを提供するために、共通の解決策としては、デュアルレッグシステムを採用することである。システムの第一のレッグは、広い特性を有している化学薬品の測定を実行する光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）を含み、システムの第二のレッグは、狭線化学薬品を測定する狭線幅光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）を含む。しかし、このシステムは、恣意的な化学薬品の測定に対しては実用的ではない。特に、シードレーザーの波長が各化学薬品に対して異なっている場合、光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）は、シードレーザーに狭線幅を生成するように要求する。複数の化学薬品を収容するシステムは、非常に多くのこれらのシードレーザーを必要とするので、このタイプのシステムは、構築するのが過剰に難しく、高価である。
【発明の概要】
【０００６】
（概要）
本発明の実施形態に従って、（例えば、レーザー送信デバイスのための）光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、複数の光構成要素を有しているキャビティを含む。光構成要素は、非線形光学媒体、光ビーム操作要素および回転可能格子の形態の狭線幅フィルターを含む。格子によって、所望の波長を有している出力ビームを提供する発振器を急速にチューニングすることが可能になる。ポンプレーザーは、ポンプ波長を有しているポンプレーザービームをキャビティに提供する。非線形光学媒体は、ポンプビームをシグナル波長およびアイドラー波長を有している光ビームに変換する。シグナル波長およびアイドラー波長は、各々、ポンプ波長よりも長い。シグナルおよび／またはアイドラー波長は、出力ビームに対して所望の波長として機能する。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）の長手方向伝播軸に対する非線形光学媒体の角度の位置または向きは、結果のシグナルおよびアイドラー波長を効果的にチューニングするように調節可能である。ビーム成形光学要素は、ポンプレーザーからのポンプビームを、ポンプビームがキャビティに入る前に非線形光学媒体と互換性のある形態に変換する。出力結合器は、非線形光学媒体からの結果のビームを受け取り、出力結合器によって、所望の波長（シグナルおよび／またはアイドラー波長）を有しているビームがキャビティから放射されることが可能になる。他の波長を有しているビームは、非線形光学媒体を通り反射し戻され、キャビティ内で効果的に共振する。
【０００７】
ビーム伸張器は、非線形光学媒体を通り反射し戻されたビームを受け取り、伸張されたビームを格子に提供する。格子は、伸張されたビームを受け取り、ビーム伸張器から、非線形光学媒体を通る横断に対して所望の狭線幅を有している結果のビームを提供し、出力結合器からの所望の波長を有しているビームを放射する。したがって、キャビティ内のビームは、その中で共振することによって、所望の波長を有している出力ビームを発生させる。検流器が格子および非線形光学媒体に提供され、出力ビームの波長を調節するために、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）の長手方向伝播軸に対してこれらの要素を回転させる。
【０００８】
本発明の実施形態は、複数の利点を提供する。例えば、格子分散は、キャビティ内の（格子が回転された際の）共振の波長をチューニングし、チューニング範囲にわたる狭線幅（例えば、光スペクトル幅またはバンド）を維持する。このことによって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、狭線化学薬品および広い特性を有している（例えば、より幅広い線幅を必要とする）化学薬品に対して測定を実行することが可能になる。例えば、格子によって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、３００ピコメートル（ｐｍ）より下の線幅、好ましくは約１００ピコメートル（ｐｍ）であり、線幅に対する上限が約数ナノメートルである線幅を提供できるようになる。さらに、格子の較正は、結果が格子の分散曲線に適用された場合、数点のみの測定を必要とする。このことによって、決定的な、動的な（または「即座の」）チューニングが可能となり、システムを実地に配備する場合に有利である。換言すると、格子の各角度の向きは固有の波長に対応するので、決定的で予測可能なチューニングが散発的な較正から成し遂げられ得、自己チェックのための器具に自動化され得る。
【０００９】
さらに、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、幅広いさまざまな異なる用途の線幅用件を満たす、格子と共に用いられるビーム伸張器のパラメータを変更することによって、容易に改変され得る。さらに、決定的なチューニングによって、適切な制御システムは、異なる用途に対してカスタマイズされた波長のセットを自動的に較正および搬送することが可能になるか、または適用中に波長のセットを変えることが可能になる。したがって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、用途に応じて、さまざまなチューニング可能な範囲を提供し得る。例えば、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、約３〜４ミクロンのチューニング可能な範囲に（例えば、出力ビームとして機能しているアイドラー波長ビームを）提供し得、約１．８〜２．６ミクロンのチューニング可能な範囲に（例えば、出力ビームとして機能しているアイドラーおよびシグナル波長ビームを）提供し得る。
【００１０】
加えて、代替の結晶材料（例えば、約２〜４ミリメートルの範囲の厚さを各々有している周期分極ニオブリチウム（ＰＰＬＮ）、ヒ酸ルビジウムチタニル（ＲＴＡ）、ヒ酸カリウムチタニル（ＫＴＡ）など）が好ましくは光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）内に採用され、約数ワットの出力電力レベルを成し遂げる。電力レベルのアップグレードは、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）の距離範囲を有意に増加させ、システムが実地において、事象（例えば、約数キロメートの範囲）をテストすることをより可能にする。さらに、増加したエネルギーおよび動的にチューニングされる能力によって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）が生物学的エーロゾルの調査のために採用されることが可能になる。
【００１１】
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
所望の光学信号を生成する装置であって、
該装置は、
光学発振器を含み、該光学発振器は、
少なくとも１つの光学媒体であって、該光学媒体は、第三の波長を有している光学信号が、該少なくとも１つの光学媒体を横断することに応答して、第一および第二の波長を有している光学媒体信号を発生させる、光学媒体と、
格子光学信号を発生させる格子であって、該光学発振器の長手方向軸に対する該格子の各角度の向きは、異なる波長範囲を有している該格子光学信号を発生させる、格子と、
該格子と該少なくとも１つの光学媒体との間に配置された光学要素であって、該光学要素は、対応する光学信号を該格子および該少なくとも１つの光学媒体の方へ方向付け、該対応する光学信号は、該格子光学信号および該光学媒体信号を含む、光学要素と、
該少なくとも１つの光学媒体に結合されている結合器であって、該結合器は、該光学発振器からの所望の線幅と該第一および第二の波長のうちの少なくとも１つの波長とを有している該所望の光学信号を放射する、結合器と、
複数の回転アセンブリであって、該回転アセンブリは、該格子および各少なくとも１つの光学媒体を回転させ、該光学発振器をチューニングし、該所望の光学信号を生成する、回転アセンブリと
を含む、装置。
（項目２）
上記所望の光学信号は、レーザー信号を含む、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目３）
上記光学発振器は、約１．８ミクロン〜約４ミクロンの範囲内の波長を有している上記所望の光学信号を発生させるようにチューニングされている、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目４）
上記所望の線幅は、３００ピコメートル未満である、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目５）
上記所望の線幅は、約１００ピコメートルである、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目６）
上記少なくとも１つの光学媒体の厚さは、約２ミリメートル〜約４ミリメートルの範囲にあり、１ワットより大きい電力レベルを有している上記所望の光学信号を発生させる、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目７）
上記第一の波長は、シグナル波長を含み、上記第二の波長は、アイドラー波長を含み、上記結合器は、上記所望の光学信号を放射し、該所望の光学信号は、該シグナル波長および該アイドラー波長のうちの少なくとも１つの波長を含む、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目８）
レーザー信号を発生させるレーザーデバイスと、
該レーザー信号を操作する光学素子であって、該光学素子は、上記光学発振器と互換性のあるポンプ信号を形成し、該ポンプ信号を該光学発振器内の上記光学要素に提供する、光学素子と
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目９）
制御ユニットをさらに含み、該制御ユニットは、上記回転アセンブリを制御し、上記光学発振器をチューニングし、上記所望の光学信号を発生させるパラメータに従って、上記格子および上記少なくとも１つの光学媒体の角度の向きを制御する、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目１０）
ビーム伸張器をさらに含み、該ビーム伸張器は、上記光学要素と上記格子との間に結合されており、該光学要素からの光学信号を上記格子上で伸張し、該格子から受け取られた光学信号を該光学要素のために圧縮する、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目１１）
上記所望の線幅によって、化学薬品および生物学的物質のうちの少なくとも１つの検知が可能になる、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目１２）
上記制御ユニットは、上記格子の分散曲線を上記格子光学信号の測定に基づき較正する、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目１３）
所望の光学信号を生成する方法であって、
該方法は、
第三の波長を有している光学信号が少なくとも１つの光学媒体を横断することに応答して、第一および第二の波長を有している光学媒体信号を少なくとも１つの回転可能光学媒体を介して発生させることと、
回転可能格子を介して格子光学信号を生成することであって、該格子の各角度の向きは、異なる波長範囲を有している該格子光学信号を発生させる、ことと、
対応する光学信号を該格子および該少なくとも１つの光学媒体の方へ光学要素を介して方向付けることであって、該対応する光学信号は、該格子光学信号および該光学媒体信号を含む、ことと、
所望の線幅および該第一および第二の波長のうちの少なくとも１つの波長を有している該所望の光学信号を、結合器を介して放射することであって、該結合器は、該少なくとも１つの光学媒体に結合されている、ことと、
該格子および各少なくとも１つの光学媒体をチューニングすることであって、該格子および各少なくとも１つの光学媒体を回転させることによって該所望の光学信号を生成する、ことと
を含む、方法。
（項目１４）
上記所望の光学信号は、レーザー信号を含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１５）
上記チューニングすることは、
上記格子および各少なくとも１つの光学媒体をチューニングすることをさらに含み、該チューニングすることによって、約１．８ミクロン〜約４ミクロンの範囲内の波長を有している上記所望の光学信号を発生させる、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１６）
上記所望の線幅は、３００ピコメートル未満である、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１７）
上記所望の線幅は、約１００ピコメートルである、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１８）
上記少なくとも１つの光学媒体の厚さは、約２ミリメートル〜約４ミリメートルの範囲にあり、１ワットより大きい電力レベルを有している上記所望の光学信号を発生させる、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１９）
上記第一の波長は、シグナル波長を含み、上記第二の波長は、アイドラー波長を含み、上記放射することは、
上記所望の光学信号を放射することをさらに含み、該所望の光学信号は、該シグナル波長および該アイドラー波長のうちの少なくとも１つの波長を含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目２０）
レーザーデバイスを介してレーザー信号を発生させることと、
光学素子を介して該レーザー信号を操作することであって、該操作することによって、該少なくとも１つの光学媒体と互換性のあるポンプ信号を形成する、ことと、
該光学素子からの該ポンプ信号を上記光学要素へ方向付けることと
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目２１）
上記チューニングすることは、
上記格子および上記少なくとも１つの光学媒体の角度の向きを上記所望の光学信号を発生させるパラメータに従って制御することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目２２）
上記格子光学信号を上記生成することは、
上記光学要素からの光学信号を上記格子上で伸張することと、該格子から該光学要素に対してビーム伸張器を介して受け取られた光学信号を圧縮することとをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目２３）
上記所望の線幅によって、化学薬品および生物学的物質のうちの少なくとも１つの検知が可能になる、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目２４）
上記格子の拡散曲線を上記格子光学信号の測定値に基づき較正することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
【００１２】
（摘要）
本発明の実施形態に従って、（例えば、レーザー送信デバイスのための）光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、非線形光学媒体、光ビーム操作要素および回転可能格子の形態の狭線幅フィルターを含む。格子によって、発振器の急速なチューニングが可能となり、所望の波長を有している出力ビームを提供する。ポンプレーザーは、ポンプレーザービームを提供する。非線形光学媒体は、ポンプビームをシグナル波長およびアイドラー波長を有している光ビームに変換する。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）の長手方向伝播軸に対する非線形光学媒体の角度の位置または向きは、結果のシグナルおよびアイドラー波長を効果的にチューニングするように調節可能である。出力結合器は、非線形光学媒体から結果のビームを受け取り、所望の波長（シグナルおよび／またはアイドラー波長）を有しているビームを放射する。
【００１３】
本発明の実施形態の上に記載された特性および利点、ならびにさらなる特性および利点は、特に添付の図面に関連して、以下の例示的実施形態の詳細な説明を考慮すると、より明らかになる。さまざまな図の類似の参照数字は、類似の構成要素を指定するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従って、例示的レーザー送信デバイスにおいて採用される光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）の図表例示である。
【図２】図２は、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）が本発明の実施形態に従う所望のビームを発生させる態様を例示する手続きフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（例示的実施形態の詳細な説明）
本発明の実施形態は、狭線幅（例えば、光スペクトル幅またはバンド）を、チューニング可能な波長範囲および強化電力出力に対して提供する光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）に関する。このことによって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）がさまざまな化学薬品（例えば、狭線および広い特性（またはより幅広い線））および／または生物学的エーロゾルの検知のために採用されることが可能になる。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、回転可能な格子を含んでいる。この格子は、発振器の急速なチューニングを可能にする。格子の各角度の向きは、固有の波長に対応するので、決定的で予測可能なチューニングが散発的な較正から成し遂げられ得、異なる用途にカスタマイズされた波長のセットを提供することか、または適用中に波長のセットを変えることかを行うように自動化され得る。加えて、代替の結晶材料（例えば、約２〜４ミリメートルの範囲の厚さを各々有している、周期分極ニオブリチウム（ＰＰＬＮ）、ヒ酸ルビジウムチタニル（ＲＴＡ）、ヒ酸カリウムチタニル（ＫＴＡ）など）が好ましくは光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）内に採用され、増加した出力電力レベルを成し遂げる。増加した電力レベルおよび動的にチューニングされる能力によって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）が生物学的エーロゾルの調査に採用されることが可能になる。
【００１６】
例示的レーザー送信デバイス内に採用される、本発明の実施形態に従う光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）が図１に例示される。特に、レーザー送信デバイス１０は、ポンプレーザー２０、ビーム成形光学素子２１、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０および制御ユニット５０を含む。ポンプレーザー２０は、最初のレーザービームを提供し、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０が出力ビームを、下に記載する所望の波長で発生させることが可能になる。ポンプレーザーは、適切なレーザービームを提供する任意の従来のレーザー送信デバイスまたは他のレーザー送信デバイス（例えば、２ｋＨｚまでの繰返し率を有しているＳＬＭ  Ｎｄ：ＹＡＧｐｕｍｐ  ｌａｓｅｒまたは比較的狭い線幅を有している任意の他のレーザーデバイスなど）によって実装され得る。ビーム成形光学素子２１は、放射されたレーザービームをポンプレーザー２０から受け取り、受け取ったビームを成形することによって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０の非線形光学媒体と互換性のあるビームを発生させる。ビーム成形光学素子２１によって発生されたビームは、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０に提供され、下に記載される所望の波長を有している出力ビームを生成する。ビーム成形光学素子２１は、任意の量の任意の従来または他の光学的デバイス（例えば、レンズ、ミラー、反射物、屈折媒体、プリズムなど）を含み、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０に互換性があるビームを発生させる。
【００１７】
光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０は、基本的に中間波長赤外線（ＭＷＩＲ）レーザー線への波長変換を実行し、異なる波長間に急速なチューニングを提供する。このことによって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）が化学物質（例えば、狭線および広い特性）および生物学的物質の検知および識別のために採用されることが可能になる。例えば、狭いスペクトル線幅を有している化学物質または生物学的物質は、物質吸収特性の約１０％のレーザー線幅を正確な測定のために必要とし、広い特性（またはより幅広い線幅）を有している物質は、大気送信ウィンドウに一致する複数のレーザー線およびスペクトル線幅を必要とする。パラメトリック光学発振器（ＯＰＯ）は、狭線と広い特性の物質との両方を収容する。
【００１８】
光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０は、出力結合器２２と、格子２４と、１対の非線形光学結晶３４ａ、３４ｂを含む非線形光学媒体と、ポンプミラー３６と、ビーム伸張器４０とを含み、各々キャビティ３５内に配置される。キャビティは、好ましくは取り囲まれることによって、その中にビームを維持する。格子２４は、搭載されるか、そうでない場合は、対応する回転アセンブリ６０に係留される。非線形光学結晶３４ａ、３４ｂも、各々同様に搭載されるか、そうでない場合は、それぞれの回転アセンブリ７０ａ、７０ｂに係留される。回転アセンブリは、格子および非線形光学媒体（例えば、検流計など）の角度の向きを回転させるか、または変える任意の従来のデバイスまたは他のデバイスによって実装され得る。格子２４および非線形光学結晶３４ａ、３４ｂは、回転アセンブリ６０、７０ａ、７０ｂを介して回転可能であり、それらの構成要素の向きの角を光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０の長手方向伝播軸３２に対して調節する。ビームの線幅（例えば、光スペクトル幅またはバンド）が波長によって変わる場合、格子の向きは、まず波長を制御する。格子の溝またはスロットの密度およびビーム伸張器によって発生されたビームのサイズが結果の線幅を規定する。非線形光学結晶の向きは、下に記載される結晶によって発生されるビームの波長を制御する。したがって、格子および非線形光学結晶の向きは、協働して制御されることによって、所望の波長を有しているビームを光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０から放射する。制御ユニット５０は、ポンプレーザー２０と、回転アセンブリ６０、７０ａ、７０ｂと、下に記載されるように光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０から放射されたビームの生成を制御するビーム伸張器４０の構成とを制御する。
【００１９】
非線形光学結晶３４ａ、３４ｂは、出力結合器２２とポンプミラー３６との間に配置される。ポンプミラー３６は、二色性ミラーによって好ましくは実装されるが、任意の従来の反射デバイスまたは他の反射デバイスもしくは表面（例えば、ミラー、レンズ、プリズムなど）も使用され得る。ポンプミラーは、ポンプ波長を有しているビームに対して高反射（ＨＲ）特質を有しており、ポンプミラー３６は、ポンプビームをビーム成形光学素子２１から非線形光学結晶３４ａ、３４ｂに方向付ける。
【００２０】
ポンプビームは、非線形光学結晶３４ａ、３４ｂを通り伝播するので、ポンプ波長の光子は、２つのより長い波長の光子の対に変換される。それによって、これらの２つのより長い波長（シグナル波長およびアイドラー波長といわれる）を有している２つのビームに結果としてなる。そのため、ポンプ波長を有している、ポンプミラー３６からのビームは、非線形光学結晶３４ａ、３４ｂによって、シグナル波長およびアイドラー波長を有しているビームに変換される。長手方向伝播軸３２に対する非線形光学結晶の各々の角度の位置または向きは、制御ユニット５０によって（回転アセンブリ７０ａ、７０ｂを介して）制御され、下に記載されるシグナル波長およびアイドラー波長の大きさの分配を制御する。この光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０の実施形態は、所望の波長として機能するアイドラー波長を有している出力ビームを発生させることに関して記載される。しかし、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０は、他の実施形態においては、下に記載される他の所望の波長（例えば、シグナル波長、シグナルおよびアイドラー波長など）を有している出力ビームを発生させるように構成され得る。
【００２１】
非線形光学結晶３４ａ、３４ｂは、任意の適切な材料（例えば、周期分極ニオブリチウム（ＰＰＬＮ）、ヒ酸ルビジウムチタニル（ＲＴＡ）、ヒ酸カリウムチタニル（ＫＴＡ）など）、その任意の派生物、またはそれらの任意の組み合わせによって実装され得る。非線形光学結晶は、約数ワットまで電力を増加させるために、約２〜４ミリメートル（２〜４ｍｍ）の範囲の厚さを好ましくは有している。電力レベルのアップグレードは、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）の使用のための距離範囲（例えば、約数キロメートルの範囲）を有意に増加させる。しかし、非線形光学結晶は、任意の所望のサイズ、形状または厚さの任意の適切な光学媒体（例えば、線形、非線形な結晶または他の材料形態など）を発生させる。
【００２２】
非線形光学結晶３４ａ、３４ｂに対する異なる材料および／または異なる結晶の長さが光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０内に採用され得ることによって、さまざまな適用要件（例えば、非線形光学結晶３４ａ、３４ｂが同じまたは異なる厚さおよび／または長さを有している同じまたは異なる材料を含み得る場合）を収容する。これらの特徴を変えることによって、線幅をビーム伸張器４０を使用せずに改変することが可能になり得る。この技術は、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０内で（異なる変換効率を用いて）同時に異なる波長を生成するために、さらに適用され得る。
【００２３】
出力結合器２２は、非線形光学結晶３４ａに結合され、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０から放射された出力ビームを提供する。出力結合器は、光学信号をフィルタリングする任意の従来のデバイスまたは他のデバイス（例えば、光結合器など）によって実装され得る。出力結合器２２は、ポンプおよびシグナル波長を有しているビームに対して高反射（ＨＲ）を有し、アイドラー波長を有しているビームに対して高透過（ＨＴ）特質を有している。そのため、出力結合器は、所望の（アイドラー）波長を有しているビームを通すことと、他の波長（シグナルおよびポンプ波長）を有しているビームを非線形光学結晶を通して下に記載されるようにポンプミラー３６に反射し戻すこととを行うように機能する。このポンプおよびシグナル波長を有しているビームが非線形光学結晶３４ａ、３４ｂを通り横断して戻ることによって、アイドラー波長に対して追加の利得が生成される。
【００２４】
ビーム伸張器４０がポンプミラー３６に結合される。ポンプミラー３６は、アイドラー波長を有しているビームに対して高透過（ＨＴ）特質を有しているので、アイドラー波長を有している非線形光学結晶３４ａ、３４ｂから受け取られたビームは、ポンプミラーによってビーム伸張器まで通される。ポンプミラーは、シグナル波長を有しているビームに対して透過特質を有しており、（出力結合器２２によって反射された）これらのビームを光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０から取り除く。ビーム伸張器４０は、（アイドラー波長を有している）ビームをポンプミラー３６から受け取り、このビームを格子２４へ伸張する。ビーム伸張器は、光学信号を伸張および／または圧縮する任意の従来の光デバイスまたは他の光デバイスによって実装され得る。
【００２５】
格子２４は、ビーム伸張器４０に結合されており、伸張されたビームをビーム伸張器から受け取る。格子は、光学信号を分散させる任意の従来のデバイスまたは他のデバイス（例えば、格子と、スリット／スロットを有している材料など）によって実装され得る。格子は、所望の光学信号を発生させるために、任意の所望の構成（例えば、スリット／スロットの任意の量および設計など）を含み得る。格子の分散は、（格子が回転させられるにつれ）キャビティ３５内の共振の波長をチューニングし、チューニング範囲に対して狭線幅（例えば、光スペクトル幅またはバンド）を維持する。換言すると、格子２４の各角度の向きは、固有の波長に対応し、それによって、決定的で予測可能なチューニングが可能となる。格子は、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０が狭線化学薬品と、広い特性（例えば、より幅広い線幅を必要とする）の化学薬品とに対して測定を実行することができるようになる。例えば、格子は、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）が３００ピコメートル（ｐｍ）よりも下の線幅、好ましくは約１００ピコメートル（ｐｍ）であり、上限が数ナノメートルである線幅である。
【００２６】
従来の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、ビームをフィルタリングし、線幅を発生させるために、典型的にはエタロンを採用する。しかし、エタロンは用いるのが難しい。なぜなら、複数の自由なスペクトル範囲を生成せずに（または、チューニングバンド）、典型的には幅広くチューニングできないからである。さらに、容易に自動化されず、規定通りに実行されなければならないエタロンに対して、時間を消費する手動較正が必要とされる。
【００２７】
対照的に、本発明の実施形態の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０内の格子２４の較正は、結果が格子の分散曲線に適用した場合、数点の測定のみを求める。格子２４の各角度の向きは、上に記載した固有の波長に対応するので、決定的で予測可能なチューニングが自動化され得、散発的な較正から成し遂げられ得る。決定的なチューニングによって、適切な制御システム（例えば、制御ユニット５０）が異なる用途に対してカスタマイズされた波長のセットを自動的に較正および搬送するか、適用中に波長のセットを変えることが可能になる。加えて、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０は、（例えば、制御ユニット５０）を介して、幅広いさまざまな異なる用途の線幅要件（例えば、狭線または広い特性化学薬品、生物学的物質などの検知）を満たす格子２４と共に用いられるビーム伸張器４０のパラメータを変更することによって、容易に改変され得る。したがって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、用途に応じて、さまざまなチューニング可能な範囲を提供し得る。例えば、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、約３〜４ミクロン（例えば、アイドラー波長ビームが出力ビームとして機能する）および約１．８〜２．６ミクロン（例えば、アイドラーおよびシグナル波長ビームが出力ビームとして機能する）のチューニング可能な範囲を提供し得る。
【００２８】
格子２４は、長手方向伝播軸３２に対する格子の向きに基づいて、ビーム伸張器４０に所望の波長（アイドラー波長）を有しているビームを提供する。ビーム伸張器は、ビームを格子からポンプミラー３６への移動のために伸張の前の寸法に戻す。ポンプミラーは、高透過（ＨＴ）特質をアイドラー波長のビームに対して有しており、高反射（ＨＲ）特質を上に記載したポンプ波長のビームに対して有しているので、ビーム伸張器からのビームは、所望（アイドラー）波長を有している出力ビームを発生させるポンプレーザー２０からのビームと共に、非線形光学結晶に通される。
【００２９】
制御ユニット５０は、ポンプレーザー２０、回転可能アセンブリ６０、７０ａ、７０ｂの動作と、ビーム伸張器４０の構成とを制御することによって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０は、所望の波長を有している出力ビームを発生させられるようになる。制御ユニットは、任意の従来または他の計算または処理デバイス（例えば、パーソナルまたは他のコンピュータシステム、コントローラー、マイクロプロセッサ、回路など）によって実装され得る。制御ユニットは、適切なパラメータ（および／またはソフトウェアおよび／またはハードウェアモジュール）によって、ポンプレーザー２０、回転可能アセンブリ６０、７０ａ、７０ｂおよびビーム伸張器４０を制御するように構成されており、所望のチューニングされた波長出力、繰返し率および光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０のチューニング可能な範囲に対する急速なスキャン（例えば、波長特徴が約毎秒１０００回変化され得、チューニング可能な範囲が３秒未満でスキャンされ得る場合、リアルタイムスキャン）を達成する。
【００３０】
特に、制御ユニット５０は、ビーム伸張器４０を構成し、回転アセンブリ６０、７０ａ、７０ｂを制御することによって、長手方向伝播軸３２に対する格子２４および非線形光学結晶３４ａ、３４ｂの角度の位置または向きを制御する。格子２４の角度の位置または向きおよびビーム伸張器４０の構成は、線幅（例えば、光スペクトル幅またはバンド）を制御し、非線形光学結晶３４ａ、３４ｂの角度の位置または向きは、シグナルおよびアイドラー波長に配分された大きさを制御する。したがって、格子および非線形光学結晶の角度の位置または向きは、協働して制御されることによって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０内に所望のビームを発生させる。パラメータは、ユーザーによって（制御ユニット５０に）提供（または入力）され得ることによって、レーザー送信デバイスが所望の出力ビームを発生するように構成する。
【００３１】
パラメータが提供されると、ビーム伸張器が構成され、格子および非線形光学結晶は、適切な角度の位置または向きまで回転され、ポンプレーザー２０は、ポンプ波長を有しているレーザービームパルスを光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０に供給する。非線形光学結晶３４ａ、３４ｂは、ポンプ波長のレーザービームパルスをシグナル波長およびアイドラー波長のビームに変換し、出力結合器２２は、所望の出力ビームを提供する。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０は、出力ビームにアイドラー波長、シグナル波長またはそれらの任意の組み合わせを提供するように構成され得る。
【００３２】
所望の波長を有している出力ビームを光パラメトリック発振器３０から発生させる態様が図２において例示される。まず、ユーザーは、パラメータを制御ユニット５０に提供し、工程１００において所望の波長を有している出力ビームを発生させる。制御ユニットは、格子２４を工程１１０における動作のために較正する。制御ユニットは、較正のために数点を（例えば、示されていないセンサーを介して）測定し、測定結果を格子の分散曲線に適用する。分散曲線は、チューニングのために、格子の適切な角度の位置を決定するために使用される。較正は、任意の時間間隔で実行され得る。
【００３３】
制御ユニット５０は、ビーム伸張器４０をさらに構成し、格子２４および非線形光学結晶３４ａ、３４ｂに対して最初に角度の位置を決定するために提供されたパラメータに従う回転アセンブリ６０、７０ａ、７０ｂを制御して、工程１２０において所望の出力ビームを発生させる。ポンプレーザー２０は制御されることによって、ポンプ波長を有しているビームを光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０に提供し、工程１３０において所望の出力ビームを生成する。特に、ポンプレーザー２０は、ビームをビーム成形光学素子２１を通して方向付ける。ビーム成形光学素子２１は、ビームを非線形光学結晶３４ａ、３４ｂに互換性のある形態へ変換する。ポンプ波長を有している変換されたビームは、ポンプミラー３６から非線形光学結晶３４ａ、３４ｂを通して反射され、シグナルおよびアイドラー波長を有しているビームを生成する。非線形光学結晶体の角度の位置または向きは、各波長におけるエネルギーの比率が一定の場合、各波長に配分された大きさの量を制御する。生成されたシグナルおよびアイドラー波長は、以下の式から決定され得る。
１／λＰＵＭＰ＝１／λＳＩＧＮＡＬ＋１／λＩＤＬＥＲ
ここで、λＰＵＭＰは、ポンプ波長を表し、λＳＩＧＮＡＬは、シグナル波長を表し、λＩＤＬＥＲは、アイドラー波長を表す。例えば、ポンプレーザーがポンプビームに１．０６４ミクロンのポンプ波長を供給し、非線形光学結晶３４ａ、３４ｂがいく分かの恣意的な波長（例えば、１．５５０ミクロン）にチューニングされた場合、アイドラー波長における光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０の出力ビームは、約３．４ミクロンである。
【００３４】
ポンプレーザー２０からのポンプビームは、非線形光学結晶３４ａ、３４ｂをポンプミラー３６から横断するので、シグナルおよびアイドラー波長を有しているビームが生成され、いく分かの利得を蓄積する。出力結合器２２によって、アイドラー波長を有している生成されたビームが出力ビームとして通ることが可能になり、ポンプおよびシグナル波長を有しているビームを非線形光学結晶３４ａ、３４ｂを通してポンプミラー３６に反射し戻す。（シグナルおよびポンプ波長を有している）出力結合器２２から反射されたビームは、非線形光学結晶３４ａ、３４ｂを横断するので、非線形光学結晶は、アイドラー波長に対して利得を生成し続ける。ポンプミラー３６は、ポンプ波長を有しているビームを非線形光学結晶からそれらの結晶の方へ反射し戻し、シグナル波長を有しているビームを光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）から取り除く。したがって、ポンプ波長を有しているビームは、絶えず非線形光学結晶３４ａ、３４ｂを通り両方向へ通り、上に記載されたシグナルおよびアイドラー波長を有しているビームを生成する。そのため、シグナル波長を有しているビームは、ポンプミラーがそれらのビームを取り除く前に、出力結合器２２とポンプミラー３６との間の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０において部分的に共振する。
【００３５】
ポンプミラー３６は、アイドラー波長を有しているビームを非線形光学結晶３４ａ、３４ｂからさらに受け取り、それらのビームをビーム伸張器４０の方へ通す。ビーム伸張器は、格子が上に記載された格子の角度の位置に基づいて、所望の波長を有しているビームを生成した場合、ビームを格子２４へ伸張する。生成されたビームは、ビーム伸張器４０によって、伸張の前の寸法まで圧縮され、所望の線幅が提供されて、ポンプミラー３６へ戻される。ビームは、ポンプミラー３６および非線形光学結晶３４ａ、３４ｂを出力結合器２２まで通過する。出力結合器２２は、出力ビームとしてビームを提供する。したがって、アイドラー波長を有しており、格子２４およびビーム伸張器４０を通過するビームが各々反復することによって、これらの構成要素は、ビーム線幅（例えば、光スペクトル幅またはバンド）をさらに狭くすることが可能となり、それによって、共振ビームが所望の（アイドラー）波長まで集束することが可能となる。そのため、アイドラー波長を有しているビームは、出力結合器がアイドラー波長を有しているビームを出力ビームとして通す前に、出力結合器２２と格子２４との間の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０において部分的に共振する。
【００３６】
この光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０の実施形態は、アイドラー波長が所望の波長として機能する場合に関している。しかし、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０は、任意の所望の波長（例えば、シグナルおよび／またはアイドラー波長）を有しているビームを提供する他の実施形態としても構成され得る。このことは、ポンプミラー３６および出力結合器２２の特徴を調節することによってなされ得る。これらの特徴は、所望の特徴を有している異なる構成要素または追加光構成要素を使用することによって調節され得、ビームを所望の形態に操作する。例えば、シグナル波長を有しているビームが所望の場合、ポンプミラー３６の特徴は、アイドラー波長を有しているビームを取り除き、シグナル波長を有しているビームを（ビーム伸張器および格子まで）通すように調節され得る。同様に、出力結合器２２の特徴がシグナル波長を有しているビームを（出力ビームとして）通し、ポンプおよびアイドラー波長を有しているビームを反射するように調節され得る。格子および非線形光学結晶の角度の位置または向きは、この所望の出力を提供するようにさらに調節され得る。この場合のビームは、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）を上に記載された態様に類似する態様で横断（および部分的にその中で共振）し、シグナル波長を有している所望の出力ビームを生成する。したがって、アイドラー波長を有している（非線形光学結晶を横断中に生成された）ビームは、ポンプミラーがそれらのビームを取り除く前に、出力結合器２２とポンプミラー３６との間の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０において部分的に共振し、シグナル波長を有している（非線形光学結晶を横断中に格子によって生成された）ビームは、出力結合器がシグナル波長を有しているビームを出力ビームとして通す前に、出力結合器２２と格子２４との間の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０において部分的に共振する。
【００３７】
さらなる例として、シグナルおよびアイドラー波長を有しているビームが所望の場合、ポンプミラー３６の特徴は、シグナルおよびポンプ波長を有しているビームを反射し、アイドラー波長を有しているビームを（ビーム伸張器および格子まで）通すように調節され得る。同様に、出力結合器２２の特徴は、シグナルおよびアイドラー波長を有しているビームを（出力ビームとして）通し、ポンプ波長を有しているビームを反射するように調節され得る。格子および非線形光学結晶の角度の位置および向きは、この所望の出力を提供するようにさらに調節され得る。この場合のビームは、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）を上に記載した態様に類似した態様で横断（およびその中で共振）し、シグナルおよびアイドラー波長を有している所望の出力ビームを生成する。したがって、シグナル波長を有している（非線形光学結晶を横断中に生成された）ビームは、出力結合器２２とポンプミラー３６との間の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０において部分的に共振し、アイドラー波長を有している（非線形光学結晶を横断中に格子によって生成された）ビームは、出力結合器がシグナルおよびアイドラー波長を有しているビームを出力ビームとして通す前に、出力結合器２２と格子２４との間の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０において部分的に共振する。
【００３８】
ビームがチューニング可能な範囲内の所望の波長で適切な時間間隔（例えば、物質を検知するのに十分な時間間隔など）の間、発生すると、格子２４および非線形光学結晶３４ａ、３４ｂの角度の位置または向きが、工程１４０でのスキャンにおける次の所望の波長のために調節される。格子２４が新たな波長を有しているビームを発生させるように調節された場合、発生されたビームはキャビティ３５の共振部分に注入される。共振部分において、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）内の共振は、その新たな波長に集束する。制御ユニット５０は、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）からの出力を可能にする前に、キャビティ３５内の新たな波長への移行の完了を待つ。このことによって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）のチューニング可能な範囲内の波長がスキャンされることが可能になる。
【００３９】
中間波長赤外線（ＭＷＩＲ）の発展に対する主要な焦点は、大気中化学物質の検知および識別に関している。この場合、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０は、狭線および広い特性化学薬品の検知のためにさまざまな線幅のビームを発生させるように構成され得る。しかし、光パラメトリック発生器（ＯＰＯ）３０は、増加したエネルギーレベルおよび上に記載した動的にチューニングされる能力を提供する。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、生物学的エーロゾルからの中間波長赤外線（ＭＷＩＲ）後方散乱信号の周波数依存の調査のためにさらに適している。換言すると、本発明の実施形態の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、大気中のエーロゾル要素を識別するために、（例えば、回折散乱（ＤＩＳＣ）技術において）使用され得る。本発明の実施形態の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、既存のエーロゾル後方散乱システムよりも有意に多くの情報を提供する。この場合、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０は、これらの生物学的エーロゾルの検知に適している狭線幅のビーム（例えば、３００ピコメートル（ｐｍ）未満であり、好ましくは、約１００ピコメートル（ｐｍ））を発生させるように構成されている。加えて、中間波長赤外線（ＭＷＩＲ）領域において放射することは、デバイスが目に安全であり続ける可能性を保持する。したがって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）３０は、さまざまな用途での使用のために、（例えば、狭線および広い特性の物質の両方を収容する）さまざまな線幅のビームを発生させるように構成され得る。
【００４０】
上に記載され、図面において例示された実施形態は、格子を光パラメトリック発振器と、発振器を所望の光学信号を生成するために動的にチューニングする方法とに基づいて実装する多くの方法の一部のみを表していることが認識される。
【００４１】
本発明の実施形態の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、所望の信号を生成する任意の適切なデバイス（例えば、送信デバイス、受信デバイス、トランシービングデバイスなど）内で採用され得る。本発明の実施形態の光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、任意の所望のエネルギーの信号（例えば、光、レーザー、任意の周波数または波長の信号など）と共に使用され得る。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、約１．８〜４ミクロンのチューニング可能な範囲および３００ピコメートル（ｐｍ）よりも下の線幅（好ましくは、約１００ピコメートル（ｐｍ）の線幅まで延長する）を提供し得る。したがって、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、任意の狭線および／または広い特性の物質（例えば、化学薬品、生物学的エーロゾルおよび／または他の物質など）を検知するように構成され得る。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）の構成要素は、任意の所望のビームの流れを、その中で発生させ、所望の信号を生成する任意の態様で設計され得る。加えて、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、任意の所望の信号をシグナル波長、アイドラー波長またはそれらの任意の組み合わせに基づいて生成するように構成され得る。
【００４２】
ポンプレーザーは、適切なレーザービームを提供する多数の任意の従来または他のレーザー送信デバイス（例えば、２ｋＨｚ繰返し率までを有しているＳＬＭ  Ｎｄ：ＹＡＧ  ｐｕｍｐ  ｌａｓｅｒまたは比較的狭い線幅を有している任意の他のレーザーデバイスなど）によって実装され得る。ポンプレーザーは、ビームの流れにおける任意の所望の場所またはポイントの信号を光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）に提供するように設計され得る。ビーム成形光学素子は、光パラメトリック発振器と互換性のある任意の所望のビームまたは信号を発生させる多数の任意の従来または他の光デバイス（例えば、レンズ、ミラー、反射物、屈折媒体、プリズムなど）を含み得る。ポンプミラーは、多数の任意の従来または他の反射デバイスまたは表面（例えば、ミラー、レンズ、プリズムなど）によって実装され得る。ポンプミラーは、任意の所望の信号を反射および／または通す任意の所望の態様で構成され得る。出力結合器は、光学信号をフィルタリングする多数の任意の従来または他のデバイス（例えば、光結合器など）によって実装され得る。出力結合器は、任意の所望の信号を反射および／またはと押す任意の所望の態様で構成され得る。
【００４３】
非線形光学媒体は、多数の任意の適切な材料（例えば、周期分極ニオブリチウム（ＰＰＬＮ）、ヒ酸ルビジウムチタニル（ＲＴＡ）、ヒ酸カリウムチタニル（ＫＴＡ）など）、それらの任意の派生物またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。非線形光学媒体は、所望の光学信号および電力レベルを発生させる任意の所望のサイズ、形状または厚さ（例えば、線形、非線形、結晶または他の材料形態など）であり得る。非線形光学結晶は、同じまたは異なる厚さおよび／または結晶長さを有している同じまたは異なる材料を含み得る。非線形光学媒体の特徴を変えることによって、ビーム伸張器を使用せずに、線幅を改変することを可能にし得る。
【００４４】
ビーム伸張器は、光学信号を任意の所望の伸張および／または圧縮比率で伸張および／または圧縮する多数の任意の従来または他の光デバイスによって実装され得る。格子は、光学信号を分散させる多数の任意の従来または他のデバイス（例えば、スリット／スロットを有している格子、材料など）によって実装され得る。格子は、所望の光学信号を発生させる任意の所望の構成（例えば、スリット／スロットの任意の量および設計など）を含み得る。格子は、格子の各角度の向きが任意の所望の波長に対応し得るように構成され得る。
【００４５】
回転アセンブリは、格子および非線形光学媒体（例えば、検流計など）の角度の向きを回転または変える任意の従来または他のデバイスによって実装され得る。回転アセンブリは、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）の任意の他の構成要素を回転させるために採用され得る。
【００４６】
本発明の実施形態によって採用された制御ユニットは、多数の任意のパーソナルまたは他のタイプのコンピュータまたは処理デバイス（例えば、ＩＢＭ互換性コンピュータ、ＡＰＰＬＥ、ＭＡＣＩＮＴＯＳＨ、ラップトップ、ＰＤＡ、コントローラー、マイクロプロセッサなど）によって実装され得る。本発明の実施形態によって採用された制御ユニットは、任意の市販のオペレーティングシステム（例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、ＯＳ／２、Ｕｎｉｘ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）など）および任意の市販またはカスタムソフトウェア（例えば、制御ソフトウェアなど）を含み得る。これらのデバイスは、情報を入力および／または閲覧するための任意のタイプのモニターおよび入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、音声認識、タッチスクリーンなど）を含み得る。
【００４７】
本発明の実施形態の制御ユニットのための任意のソフトウェアは、任意の所望のコンピュータ言語によって実装され得ることと、コンピュータ分野の当業者によって、明細書に含まれる機能的記載および図面に例示されるフローチャートに基づき発展され得ることとが理解されるべきである。さらに、さまざまな機能を実行するソフトウェアへの本明細書における任意の参照は、それらの機能をソフトウェア制御下で実行するコンピュータシステムまたはプロセッサを一般的に指す。本発明の実施形態の制御ユニットは、代替的に、任意のタイプのハードウェアおよび／または他の処理回路によって実装され得る。制御ユニットのさまざまな機能は、コンピュータまたは処理システムが互いの近くまたは離れて設置され得、任意の適切な通信媒体（例えば、ＬＡＮ、ＷＡＮ、イントラネット、インターネット、ハードワイヤー、モデム接続、ワイヤレスなど）を介して通信し得る多数のソフトウェアモジュールまたはユニット、処理またはコンピュータシステムおよび／または回路の中の任意の態様で配布され得る。上に記載され、フローチャートに例示されたソフトウェアおよび／または処理は、本明細書に記載された機能をなす任意の態様で改変され得る。加えて、フローチャートまたは記載における機能は、所望の動作をなす任意の順番で実行され得る。
【００４８】
本発明の実施形態のソフトウェアは、スタンドアローンのシステムまたはネットワークによって接続されているシステムまたは他の通信媒体における使用のための記録可能またはコンピュータ使用可能媒体を含むプログラム製品装置またはデバイス（例えば、磁気または光学媒体、光磁気媒体、フロッピー（登録商標）ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリデバイスなど）上で利用可能であり得るか、および／または（例えば、搬送波、パケットなどの形態で）システムにネットワークまたは他の通信媒体を介してダウンロードされ得る。
【００４９】
波長に関して記載されたが、本発明の実施形態も同様に、所望の周波数を有している信号の生成に関して適用され得る。非線形光学媒体の厚さは、好ましくは、（例えば、１ワットよりも大きい）約数ワットの出力電力レベルを成し遂げる約２〜４ミリメートルの範囲であるが、所望の電力レベルを提供する任意の厚さでもあり得る。
【００５０】
用語「上面」、「底面」、「前面」、「背面」、「側面」、「高さ」、「長さ」、「幅」、「上部」、「下部」、「垂直」などは、本明細書において参照点を記載するために用いられるに過ぎず、本発明を特定の向きまたは構成に限定しないことは理解されるべきである。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有している（ｈａｓ）」、「有している（ｈａｖｅ）」、「有している（ｈａｖｉｎｇ）」、「有している（ｗｉｔｈ）」などは、この明細書および特許請求の範囲において用いられた場合、述べられた特性の存在を特定するが、１つ以上の他の特性の存在または追加を排除するわけではないこともさらに理解されるべきである。
【００５１】
先の記載から、発明は、新規の格子を光パラメトリック発振器および発振器を所望の光学信号を生成するために動的にチューニングする方法に基づいて利用可能にすることが認識される。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、狭線幅（例えば、光スペクトル幅またはバンド）をチューニング可能な波長範囲および強化電力出力に対して提供する。
【００５２】
光パラメトリック発振器および発振器を所望の光学信号を生成するために動的にチューニングする方法に基づいた新たな格子および改善された格子の好ましい実施形態を記載したが、他の改変、変化例および変更が当業者に本明細書に記載された教示の観点から提案されると考えられる。そのため、全てのそのような変化例、改変および変更は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に一致することが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  レーザー送信デバイス
２０  ポンプレーザー
２１  ビーム成形光学素子
３０  光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）
５０  制御ユニット
【図１】
0005669217.tif 000002
【図２】
0005669217.tif 000003