(57)【要約】  非線形結晶または導波路と組み合わせた超高速レーザ光源を含む小型レーザ・システムが開示される。実装によっては、非常に短いパルスを生成するファイバ・ベースの中赤外光源および／またはモード・ロック・ファイバ・レーザをベースとする中赤外光源が利用される。いくつかの実施形態は、Ｔｍファイバ増幅器およびＥｒファイバ増幅器を組み合わせて含む増幅器システムを有する赤外光源を含むことができる。差周波発生器がＥｒおよび／またはＴｍ増幅器システムからの出力を受光し、差周波数を含む出力を発生する。小型高輝度中赤外光源の例示的な用途としては、医療的用途、分光測定、測距、センシングおよび計量がある。
2014504380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
短い光パルスを生成するレーザ・システムであって、前記光パルスは、約１７００ｎｍよりも大きい第１の平均発振波長、および第１のスペクトル範囲を含み、前記平均発振波長および前記スペクトル範囲は、前記第１の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有するスペクトル窓を定義する、レーザ・システムと、
結晶性物質をベースとする疑似位相整合回折格子を含む非線形結晶と、
前記光源を前記非線形結晶に光学的に結合する光学サブシステムであって、前記非線形結晶は、周波数シフトされた出力パルスを生成し、前記周波数シフトされたパルスは、第２の、周波数シフトされた、平均発振波長を含む、光学サブシステムと、
を含み、
前記周波数シフトされた出力は、前記第２の平均発振波長またはその前後に中心があり、前記バンド幅、Δλ、を有する第２の、波長シフトされた、スペクトル窓内にかなりのエネルギーの割合を含み、前記スペクトル窓および前記シフトされたスペクトル窓は実質的にスペクトルの重なりを有しない、
赤外光源。
【請求項２】
前記非線形結晶が少なくとも１本の導波路を含む、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項３】
前記かなりのエネルギーの割合が、約０．５％よりも大きい、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項４】
前記かなりのエネルギーの割合が、約５％よりも大きい、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項５】
前記レーザ・システムが、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｔｍ／ＨｏまたはＹｂ／Ｔｍファイバ・レーザを含む、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項６】
前記レーザ・システムが固体レーザを含む、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項７】
前記レーザ・システムがモード・ロック・レーザを含む、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項８】
前記非線形結晶が、周期的分極反転ニオブ酸リチウム、周期的分極反転ＫＴＰ、周期的分極反転水晶、周期的分極反転ＲＴＡ、周期的分極反転タンタル酸リチウム、周期的分極反転ニオブ酸カリウムならびに／あるいは配向パターン化ＧａＡｓおよびＧａＰ、を含む群から選択される、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項９】
前記周波数シフトされた出力は周波数上方変換される、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項１０】
前記周波数シフトされた出力は周波数下方変換される、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項１１】
スペクトル周波数シフト用に構成された第２の非線形結晶をさらに含み、前記第２の非線形結晶は前記光源の下流側に配される、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項１２】
前記光源から下流側に配される第２の非線形結晶をさらに含み、前記第２の非線形結晶は、前記レーザ光源の出力の一部と前記周波数シフトされた出力との差周波発生用に構成される、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項１３】
前記光源が、波長調整可能出力を生成するように構成され、前記波長調整は、前記レーザ光源の前記平均発振波長を変化させるための前記非線形結晶の側方平行移動および／または前記非線形結晶の加熱によって実行される、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項１４】
前記周波数シフトされた出力が平均パワー＞１００ｍＷを有する、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項１５】
前記短い光パルスが、約１０ｆｓから１００ｐｓのレンジ内のパルス幅を有するパルスを少なくとも１つ含む、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項１６】
前記短い光パルスが、約１０ｆｓから１ｐｓのレンジ内のパルス幅を有するパルスを少なくとも１つ含む、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項１７】
前記スペクトル窓が、スペクトル幅、Δλ、を有する矩形窓関数である、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項１８】
前記光学サブシステムが、実質的に全ファイバ型の構成要素を含む、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項１９】
それぞれの第１および第２の光周波数を有する第１（Ｅｒ）および第２（Ｔｍ）の出力を発生するＥｒファイバ利得媒質およびＴｍファイバ利得媒質を組み合わせて含むファイバ・ベースのレーザ・システムと、
前記第１および第２の光周波数を有する前記第１および第２の出力を受光し、それらの差周波数を含むＤＦＧ出力を発生する差周波発生器（ＤＦＧ）と、
を含む赤外光源。
【請求項２０】
前記第１（Ｅｒ）または第２（Ｔｍ）の出力の一方の一部分を周波数シフトし、それぞれ、下方シフトまたは上方シフトのいずれかをなされた出力部分を提供し、Ｔｍファイバ増幅器またはＥｒファイバ増幅器のいずれかに種を与える周波数シフタを含む、請求項１９に記載の赤外光源。
【請求項２１】
前記周波数シフタが光ファイバを含む、請求項２０に記載の赤外光源。
【請求項２２】
前記ファイバ・ベースのシステムがＥｒファイバ増幅器を含み、前記Ｅｒ利得媒質が前記Ｅｒファイバ増幅器の一部分を含む、請求項１９に記載の赤外光源。
【請求項２３】
前記ファイバ・ベースのシステムがＥｒファイバ発振器を含み、前記Ｅｒ利得媒質が前記Ｅｒファイバ発振器の一部分を含む、請求項１９に記載の赤外光源。
【請求項２４】
前記ファイバ・ベースのシステムがＥｒファイバ・レーザ／増幅器の組み合わせを含み、前記Ｅｒファイバ利得媒質が前記Ｅｒファイバ・レーザ／増幅器の組み合わせの一部分を含む、請求項１９に記載の赤外光源。
【請求項２５】
前記ファイバ・ベースのシステムがＴｍファイバ増幅器を含み、前記Ｔｍ利得媒質が前記Ｔｍファイバ増幅器の一部分を含む、請求項１９に記載の赤外光源。
【請求項２６】
前記ファイバ・ベースのシステムがＴｍファイバ発振器を含み、前記Ｔｍ利得媒質が前記Ｔｍファイバ発振器の一部分を含む、請求項１９に記載の赤外光源。
【請求項２７】
前記ファイバ・ベースのシステムがＴｍファイバ・レーザ／増幅器の組み合わせを含み、前記Ｔｍファイバ利得媒質が前記Ｔｍファイバ・レーザ／増幅器の組み合わせの一部分を含む、請求項１９に記載の赤外光源。
【請求項２８】
前記光源から下流側に配される第２の非線形結晶をさらに含み、前記第２の非線形結晶は、前記周波数シフトされた出力の光パラメトリック増幅用に構成される、請求項１に記載の赤外光源。
【請求項２９】
前記光パラメトリック増幅が、前記レーザ光源の前記出力と前記周波数シフトされた出力との差周波数における追加の出力を発生する、請求項２８に記載の赤外光源。
【請求項３０】
短い光パルスを生成するレーザ・システムであって、前記光パルスは、約１７００ｎｍよりも大きい第１の平均発振波長、および第１のスペクトル範囲を含み、前記平均発振波長および前記スペクトル範囲は、前記第１の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有するスペクトル窓を定義する、レーザ・システムと、
結晶性物質をベースとする疑似位相整合回折格子を含む第１の非線形結晶であって、前記第１の非線形結晶は、周波数シフトされた出力パルスを生成し、前記周波数シフトされたパルスは、第２の、周波数シフトされた、平均発振波長を含む、第１の非線形結晶と、
前記第１の結晶から下流側に配される第２の非線形結晶であって、前記第２の非線形結晶は、前記レーザ光源の出力の一部と、前記第１の非線形結晶を用いて生成された前記周波数シフトされた出力との差周波における出力の発生用に構成される、第２の非線形結晶と、
前記光源、前記第１の非線形結晶、および第２の非線形結晶を光学的に結合する光学サブシステムと、
を含み、
前記周波数シフトされた出力は、前記第２の平均発振波長またはその前後に中心があり、前記バンド幅、Δλ、を有する第２の、波長シフトされた、スペクトル窓内にかなりのエネルギーの割合を含み、前記スペクトル窓および前記シフトされたスペクトル窓は実質的にスペクトルの重なりを有しない、
赤外光源。
【請求項３１】
前記第２の非線形結晶が、前記周波数シフトされた出力の光パラメトリック増幅用に構成され、前記差周波発生が光パラメトリック増幅を含む、請求項３０に記載の赤外光源。
【請求項３２】
前記第２の非線形結晶がＯＰＧａＡｓまたはＯＰＧａＰから構築される、請求項３０に記載の赤外光源。
【請求項３３】
前記第２の非線形結晶が、５μｍ〜２０μｍの波長レンジ内の出力を発生する、請求項３０に記載の赤外光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府の許諾権に関する記載事項
本発明は、空軍科学研究局によって与えられた契約第ＦＡ９５５０−０９−１−０２３３号の下の政府支援によりなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
【０００２】
本発明の技術分野
本発明は、中赤外および遠赤外スペクトル領域用小型高輝度光源、および例示的な応用例に関する。
【背景技術】
【０００３】
高輝度中赤外光源は、医療、分光測定、測距、センシングおよび計量において多くの用途を有する。マス・マーケット向け用途のために、このような光源は、非常に丈夫であること、長期的安定性を有すること、また、高い光集積度で、含まれる部品数を最小限に抑えることが必要である。科学的用途には、光パラメトリック発振器または増幅器をベースとする中赤外光源が周知である。しかし、このような光源は、その固有の複雑さまたは大きい光パワー要件により、商用の用途には有用性が限られている。
【０００４】
最近では、高度の集積を可能とする半導体レーザ、およびより具体的には、量子カスケード・レーザが利用可能になっている。しかし、一般に、極低温冷却を必要とすることが障害となり、多くの用途にとって許容されない。
【０００５】
今日まで、高いスペクトル密度を有し且つ、高い繰り返し率で動作する大量生産可能なファイバ・ベースの中赤外光源は生産されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，８８５，６８３号
【特許文献２】米国特許第８，０４０，９２９号
【特許文献３】米国特許出願第１２／３９９，４３５号
【特許文献４】米国特許出願第１１／５４６，９９８号
【特許文献５】米国特許第７，５１９，２５３号
【特許文献６】米国特許第７，１１０，６５２号
【特許文献７】米国特許出願第１１／８６１，４４７号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｈｉｆｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｌｏｃａｌ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｉｎ  ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｑｕａｄｒａｔｉｃ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．、２９、７６３頁（２００４）
【非特許文献２】Ｆ．  Ｂａｒｏｎｉｏ、他、「Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｓｈｉｆｔ  ｏｆ  ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  ｐｕｌｓｅｓ  ｉｎ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｑｕａｄｒａｔｉｃ  ＰＰＳＬＴ  ｃｒｙｓｔａｌｓ」、Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ、１４、４７７４頁（２００６）
【非特許文献３】Ｋ．  Ｐａｒａｍｅｓｗａｒａｎ、他、Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．、２７、１７９頁（２００２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非線形結晶または導波路と連結した超高速レーザ光源を含む小型レーザ・システムが開示される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
２０００ｎｍ付近で動作する受動モード・ロックＴｍファイバ・レーザをベースとする超高速レーザ光源が特に魅力的である。実施形態によっては、Ｔｍファイバ発振器が、それらのパルス・エネルギーを増加させるために、Ｔｍファイバ増幅器と組み合わせられる。この場合、クラッド・ポンプの実装によって、平均Ｔｍファイバ増幅器出力レベルが数十Ｗから数百Ｗのレンジに達することも可能になる。
【００１０】
シリコン導波路、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｌｉｔｈｉｕｍ  ｎｉｏｂａｔｅ、ＰＰＬＮ）、光学的パターン化ＧａＡｓ、（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ＧａＡｓ、ＯＰＧａＡｓ）および光学的パターン化ＧａＰ（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ＧａＰ、ＯＰＧａＰ）ならびに周期的分極反転ＫＴＰ、ＲＴＡ、リチウムタンタライト、ニオブ酸カリウムおよび周期的双晶水晶等の、非線形結晶または導波路を用いた追加の周波数シフトを介して、超高速レーザ光源の中赤外域への周波数変換が促進される。
【００１１】
非周期的分極反転周期および分散を作り込まれた導波路が、中赤外スペクトル領域におけるＴｍファイバ発振器の高効率周波数シフトを提供する。
【００１２】
非線形結晶または導波路における差周波混合と関連して、中赤外域から遠赤外域の全スペクトル領域におけるスペクトル生成域を得ることができる。
【００１３】
差周波発生は、２０００ｎｍ付近で動作するファイバ・レーザ光源をＥｒ増幅器と組み合わせることによって向上させることができ、１５５０ｎｍおよび２０００ｎｍの両方のスペクトル領域における高出力パルスの発生が可能になる。
【００１４】
中赤外光源は、光計量、ＬＩＤＡＲ、分光測定、ならびにヒト組織の治療等の医療的用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】中赤外および遠赤外スペクトル発生用光源の一部分の略図である。
【図２】パルス・エネルギーの関数としてのスペクトル周波数シフトの測定値を示す図である。
【図３】非周期的分極反転周期を有するＬｉＮｂＯ3結晶内で発生される波長の関数としてのスペクトル周波数シフトの計算値を示す図である。
【図４】中赤外および遠赤外スペクトル発生用光源の代替実施形態の略図である。
【図５】中赤外および遠赤外スペクトル発生用光源の別の代替実施形態の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本願明細書において特に明記しない限り、「スペクトル範囲」とは、例えば図３に示されているように、光源のスペクトル密度がピーク・スペクトル密度の１０％となる点の間の、波長で測定される差のことである。
【００１７】
光ファイバまたは非線形導波路をベースとする中赤外光発生が、例えば、「Ｍｏｄｕｌａｒ，  ｈｉｇｈ  ｅｎｅｒｇｙ，  ｗｉｄｅｌｙ−ｔｕｎａｂｌｅ  ｕｌｔｒａｆａｓｔ  ｆｉｂｅｒ  ｓｏｕｒｃｅ」と題し、２０００年５月２３日に出願された、Ｆｅｒｍａｎｎ、他への米国特許第６，８８５，６８３号に示唆されている。同文献はその全体が本願明細書において参照により援用されている。例えば、ラマン・シフトおよびＴｍ増幅器が、少なくとも‘６８３号特許の図６および対応する本文に開示されている。中赤外周波数発生は、「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ，  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，  ａｎｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｕｍｐｉｎｇ  ｉｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒｓ  ｓｙｓｔｅｍｓ」と題し、２００５年３月２５日に出願された、Ｉｍｅｓｈｅｖ、他への米国特許第８，０４０，９２９号、「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ａｎｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｄｕａｌ  ｐｕｌｓｅ  ｌａｓｅｒ  ｓｙｓｔｅｍｓ」と題し、２００９年３月６日に出願された、Ｆｅｒｒｎａｎｎ、他への米国特許出願第１２／３９９，４３５号、および「Ｌａｓｅｒ  ｂａｓｅｄ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」と題し、２００６年１０月１３日に出願された、Ｈａｒｔｌ、他への米国特許出願第１１／５４６，９９８号にも説明されている。８，０４０，９２９号、１２／３９９，４３５号、１１／５４６，９９８号出願の内容はその全体が本願明細書において参照により援用されている。小型広帯域中赤外光源の概要が、Ｉｓｌａｍ、他への米国特許第７，５１９，２５３号にさらに見いだされることができる。
【００１８】
一般的に、中赤外光源は、近赤外光源をポンプまたは種として用いる波長変換によって構築することができる。Ｉｍｅｓｈｅｖ、他への８，０４０，９２９号に説明されているように、非線形ファイバの内部におけるラマン・シフトが、近赤外光源の出力を中赤外領域に変換する特に簡単な方法である。光ファイバ内のラマン・シフトは十分に確立されているが、ラマン・シフトと同様の波長変換プロセスが、Ｋ．  Ｂｅｃｋｗｉｔｔ、他、「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｈｉｆｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｌｏｃａｌ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｉｎ  ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｑｕａｄｒａｔｉｃ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．、２９、７６３頁（２００４）における周期的分極反転ＬｉＮｂＯ3等の、疑似位相整合物質においても示唆されている。しかし、少なくとも５ｐｓの幅を有するパルスが用いられない限り、周波数下方シフトは実現可能でないと考えられていた。Ｆ．  Ｂａｒｏｎｉｏ、他、「Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｓｈｉｆｔ  ｏｆ  ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  ｐｕｌｓｅｓ  ｉｎ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｑｕａｄｒａｔｉｃ  ＰＰＳＬＴ  ｃｒｙｓｔａｌｓ」、Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ、１４、４７７４頁（２００６）に記載されているように、疑似位相整合非線形結晶における周波数シフトの実験的実証では、１６５０ｎｍの波長を超える周波数シフトは得られなかった。さらに、Ｂａｒｏｎｉｏ、他による研究では、小型レーザ・アーキテクチャから得ることは非常に難しい数百ｎＪ程度の非常に高いパルス・エネルギーが必要であった。
【００１９】
フェムト秒パルス等の非常に短いパルスを含むファイバ・ベースの中赤外光源、またはモード・ロック・ファイバ・レーザを用いて得られる中赤外光源が、中および／または遠赤外スペクトル領域用小型高輝度光源の実施形態には特に有用である。
【００２０】
フェムト秒パルスは中赤外線発生において多くの利点を有する。例えば、スーパー・コンティニウム発生と関連して、フェムト秒パルスはｐｓまたはｎｓパルスに比べてより高効率の周波数変換を可能とする。なぜなら、同じパルス・エネルギーに対して、フェムト秒パルスのピーク・パワーは、ｐｓまたはｎｓパルスに比べてはるかに高いからである。したがって、中赤外周波数発生を高いパルス繰り返し率で実施することができる。パルス繰り返し率が高いと、このような光源の平均パワーまたはスペクトル密度を最大化することもできる。モード・ロック発振器を用いて発生されるフェムト秒パルスの有用性のもう１つの例は、このようなフェムト秒パルスを高非線形ファイバ内に結合する際のそれらの向上したスペクトル・コヒーレンスである。これは、周波数計量の用途において重要な側面となり得る。
【００２１】
図１に、中赤外スペクトル領域用波長調整可能光源のいくつかの構成要素が示されている。光源は、レーザ信号源またはレーザ・ポンプ光源（図示）、ならびに非線形導波路を含む。一般的に、単一のチップ上に数本の導波路を成長させることができ、これらの導波路は、図１に示されるように、互いに平行になるように設計することができる。さらに、導波路は、周期的または非周期的に分極反転させることができる。後者の方が図１において短い線によって示されている。
【００２２】
約２０００ｎｍの波長領域で動作するレーザ・システムが高輝度光源のフロント・エンドとして用いられてもよい。Ｉｍｅｓｈｅｖ、他への米国特許出願第８，０４０，９２９号に記載されているように、例えば、‘９２９号出願の少なくとも図５、図７〜１３、および対応する本文において開示されているように、レーザ・システムは、例えば、Ｔｍファイバ増幅器内で増幅されるモード・ロックＴｍファイバ・レーザ出力を含むことができよう。しかし、モード・ロックＣｒ：ＺｎＳｅレーザ等のＴｍ／ＹｂまたはＨｏベースのファイバ・システムあるいは固体レーザ等の、他のフロント・エンド用レーザ光源も可能である。別の代替案は、光ファイバによって１８００〜２１００ｎｍのスペクトル・レンジにラマン・シフトされ、その後、Ｔｍファイバ増幅器内で増幅される、モード・ロックＥｒファイバ・レーザを含むレーザ・システムの利用である。このような２０００ｎｍスペクトル領域用の調整可能光源が、Ｉｍｅｓｈｅｖ、他への米国特許出願第８，０４０，９２９号に記載されている。
【００２３】
例示的な実装では、図１における非線形結晶は、周期的分極反転ＬｉＮｂＯ3（ＰＰＬＮ）結晶またはＰＰＬＮ導波路を含むことができる。レーザ光源を非線形結晶に光学的に結合するために、光学サブシステム（不図示）が含まれてもよい。光学サブシステムは、バルクまたは集積部品、例えば、レンズ、ミラー、ファイバ結合器などの任意の適切な組み合わせを含むことができる。少なくとも１つの実施形態は、全ファイバ型結合機構を含むか、またはごくわずかのバルク光学素子しか包含しなくてもよい。非線形結晶表面からレーザ光源内へのフィードバックを防ぐために、光アイソレータ（不図示）をさらに用いることができる。非線形結晶にはさらに反射防止コーティングを施すことができる。光学サブシステムおよび／または導波路は、バルク・オプティクス、テーパ形単一モード・ファイバ、および／またはファイバ・スプライスにより実装されるモード・コンバータ（単数または複数）をさらに含むことができる。モード・コンバータ（単数または複数）は、光結合を簡単にするため、導波路内への光結合効率を高めるため、また、導波路の出力ビームのモード品質を向上させるために利用されてもよい。ビーム・コリメーションのために、導波路の出力においてレンズまたはミラー（不図示）がさらに含まれる。実施形態によっては、スペクトル・シフトされた出力を特定の用途のために適切に濾波するために、不要なスペクトル出力を抑制するべく導波路の出力において光ファイバが配されてもよい。
【００２４】
Ｈａｒｔｌ、他への米国特許出願第１１／５４６，９９８号に説明されているように、例えば‘９９８号出願の少なくとも図１ａ）から１ｄ）、および対応する本文に開示されているように、非線形導波路はスーパー・コンティニウム発生のために設計されてもよい。一般的に、非線形結晶においては、導波路は必要ない。しかし、導波アーキテクチャは、非線形周波数発生のためのパワー要求を低下させるため、有用である。導波路を用いてスーパー・コンティニウムを発生する場合、スーパー・コンティニウムは、増大したスペクトル密度を有するスペクトル領域へのスペクトル変換を生み出すように作り込まれてもよい。例えば、或る回折格子周期を有する周期的分極反転またはパターン化回折格子を有する導波路を用いる場合、非線形導波路は、スペクトル周波数シフト（ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｈｉｆｔ、ＳＦＳ）を生み出すように設計することができる。ＳＦＳは正（青方シフト）または負（赤方シフト）となることができる。例えば、赤方シフトを生み出すには、ｓｇｎ（βf／Δｋ）＝１且つｓｇｎ（δν／Δｋ）＝−１であることを確実にするように導波路が設計される必要がある。ここで、βfは基本波長における群速度分散であり、δνn＝（ｎsh−ｎf）は第二高調波波長における群屈折率ｎshと基本波長における群屈折率ｎfとの群屈折率差である。Δｋ＝ｋsh−２ｋf−Ｋg（ｚ）は、第二高調波波長ｋsh、基本波長ｋfおよび回折格子波数ベクトルＫgについての波数ベクトルの差である。非周期的回折格子の場合には、Ｋgは伝播距離ｚの関数、すなわちＫg（ｚ）とすることもできる。
【００２５】
例えば、モード・ロックＴｍファイバ・レーザ等の２０００ｎｍ付近で動作する光源を用いる場合には、Δｋが負であるとき、すなわち、回折格子周期が、最適周波数倍増を生成する回折格子周期よりも短くなるように設計されているとき、赤色スペクトル領域内への周波数シフトをＰＰＬＮ導波路内で得ることができる。２０００ｎｍから３０００ｎｍ以上の周波数シフトが可能である。周波数シフトは、小さいコア・エリアを有する導波路を用いる場合に可能となる、増大した導波路分散を有する導波路を用いることによって、さらに最適化することができる。導波路分散および周波数シフトは、導波路内の高次モードの利用によって最大化されてもよい。この場合、入力および周波数シフトされた出力はどちらも同じ高次モードで伝播していくことができる。あるいは、この場合、入力および周波数シフトされた出力は異なる次数のモードで伝播する。光屈折損傷または非線形吸収による導波路劣化を最小限に抑えるために、出力波長＞１７００ｎｍを有するポンプ光源の利用が望ましい。光屈折損傷および非線形吸収を最小限に抑えることは、非線形導波路からの高い平均パワーの発生のためにさらに役立つ。
【００２６】
自己周波数シフトの実験的実証では、２４．３μｍの回折格子周期を有する周期的分極反転導波路（ＰＰＬＮ）内で、約９ＴＨｚの周波数下方シフト（１３０ｎｍの波長シフトに対応）が得られた。ＰＰＬＮ導波路は逆プロトン交換法を用いて製作された。このような導波路製作方法は、例えば、Ｋ．  Ｐａｒａｍｅｓｗａｒａｎ、他、Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．、２７、１７９頁（２００２）に記載されていた。しかし、最新技術において周知の通りのミリングまたはエッチング等の他の製作方法を用いて作られたＰＰＬＮ導波路を用いることもできる。このような製作方法は、例えば、Ｓａｓａｕｒａ、他、米国特許第７，１１０，６５２号、「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」、およびＹａｎｇ、他、「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ  Ｍａｔｃｈｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ」、米国特許出願第１１／８６１，４４７号に開示されていた。
【００２７】
実験的実証では、２０４０ｎｍにおいて約２ｎＪのパルス・エネルギーおよび１００ｆｓのパルス幅を有するポンプ・パルスをレーザ光源が発生し、ポンプ・パルスは導波路内に結合された。レーザ光源は、例えば、Ｉｍｅｓｈｅｖ、他への米国特許出願第８，０４０，９２９号に開示されている通りのＴｍラマン増幅器内で増幅されるモード・ロックＴｍファイバ・レーザを含んでいた。図２に、導波路の出力におけるパルス・エネルギーの関数としての光学スペクトルがさらに示されている。種光源のスペクトルは、図２に示される対応する破線によって例示され、周波数シフトされた出力は、導波路出力におけるパルス・エネルギー（０．３１８ｎＪから２．１ｎＪ）を表す他の線によって例示されている。ここで、２０４０ｎｍが光源の平均発振波長におおよそ対応し、レーザ光源は、７５ｎｍのスペクトル範囲（上述の通り）をさらに有した。図３に示されるように、１０％点は２０００および２０７５ｎｍの波長に対応する。したがって、光源出力エネルギーのほとんどは、２０００〜２０７５ｎｍのおおよそのスペクトル・レンジをカバーする光源のスペクトル範囲内に包含される。
【００２８】
最大パワー・レベルにおいては、約２１６０ｎｍの平均波長を有するスペクトル・シフトされた領域内に、導波路の出力のかなりの割合が閉じ込められる。この特定の例では、スペクトル・シフトされた領域は、２１２０から２２２０ｎｍをカバーする約１００ｎｍのスペクトル範囲を有し、スペクトル・シフトされた出力のスペクトル範囲内に出力の総エネルギーの約５０％超を包含する。
【００２９】
スペクトル周波数シフトは、スペクトル・シフトされた領域内に増大したスペクトル密度を有することによってスーパー・コンティニウム発生と区別することができる。これは図３に関してさらに示される。同図は、２０４０ｎｍ（破線）付近のポンプ光源を用いる場合の、不均一分極反転（例えば、場合により、非周期的分極反転と呼ばれる）ニオブ酸リチウム非線形導波路の出力における計算スペクトル密度を示す。図３から、スペクトル・シフトされた出力は約２７００ｎｍの領域内にある（実線）。レーザ光源のスペクトル範囲はａ）によってさらに指定され、ポンプ光源のスペクトル範囲と同じバンド幅によってカバーされるスペクトル領域はｂ）によって指定されている。
【００３０】
１）スペクトル・シフトされた出力は、光源からの平均発振波長と異なる平均発振波長を有する。（図３ではそれぞれ２７００ｎｍおよび２０４０ｎｍ。）
【００３１】
２）ポンプ光源のスペクトル範囲に対応するスペクトル・バンド幅を有するスペクトル窓内において、スペクトル・シフトされた出力は導波路の総出力エネルギーの少なくとも０．５％を包含する。（図３では１０％）
【００３２】
３）光源のスペクトル範囲によってカバーされるスペクトル領域と、光源のスペクトル範囲に対応するバンド幅を有する周波数シフトされた出力の平均出力波長の周りの領域との間にスペクトルの重なりはない。（図３における領域ａおよびｂ。）
【００３３】
上述の例では、光源のスペクトル範囲および光源平均発振波長によって定義される、図３の上部に示されるスペクトル窓、窓ａ、によってスペクトル特性が都合良く表された。光源のスペクトル範囲はスペクトル・バンド幅、Δλ、に対応してもよい。幅、Δλ、を有する第２の波長シフトされたバージョンの窓は、周波数シフトされた出力光パルスの平均発振波長またはその前後に中心がある（図３における窓ｂ）。増大したスペクトル密度を特徴付けるために、スペクトル統合によってエネルギーの割合が都合良く求められてもよい。囲まれるエネルギーの程度および割合を都合良く求めるために、窓は矩形であってもよい。
【００３４】
図２を再び参照すると、周波数下方変換の量はパワーに依存することが分かる。したがって、非線形導波路内に注入されるパワーを変化させることによって、連続波長調整可能光源が構築することができる。導波路の温度を変化させることによっても、ほぼ連続的な調整を得ることができる。別の代替案は、異なる疑似位相整合回折格子または分極パラメータを有する数本の導波路を単一チップ上に成長させ（図１に関して説明された通り）、周波数変換のために用いられている導波路パラメータを変化させるために導波路を側方に動かすことである。
【００３５】
ＯＰＧａＡｓまたはＯＰＧａＰ導波路と関連して、３０００ｎｍ以上への周波数変換が期待できる。非周期的分極反転導波路を用いれば、スペクトル周波数シフトはさらに拡張させることができる。例えば、分極反転ニオブ酸リチウム導波路におけるスペクトル周波数シフトを最大化するには、伝播距離に沿って疑似位相整合周期を増加させる。
【００３６】
さらに、中および遠赤外線スペクトル発生のための非常にコンパクトな技術基盤を提供するＨａｒｔｌ、他への米国特許出願第１１／５４６，９９８号に説明されているように、スペクトルのスーパー・コンティニウム発生を得ることもできる。
【００３７】
実験的実証では、高効率周波数下方変換のために我々は非線形導波路を用いたが、非線形導波路を非線形結晶と置換することも同様に可能である。ただし、スペクトル・シフトの実証のためのパワー要求は一般的にはるかに高い。
【００３８】
上述の非線形結晶または導波路に加えて、高効率周波数シフトを可能とする非線形結晶の他の例は、周期的分極反転ＫＴＰ、ＲＴＡ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムおよび周期的双晶水晶を含む。一般的に、ほとんどの周期的分極反転非線形結晶は、高効率周波数シフトを得るように設計することができる。
【００３９】
疑似位相整合回折格子を実装する非線形導波路に加えて、一般的な非線形導波路が、スペクトル周波数シフトを得るために実装されてもよい。この場合には、光ファイバから知られている通りのラマン散乱がスペクトル周波数シフトを生み出すこともできる。この場合でもなお、導波路内部の非線形吸収および導波路損傷を最小限に抑えるために、発振波長＞１７００ｎｍを有するレーザ光源を用いると有利である。このような非線形導波路は、例えば、非線形シリコン導波路を含むことができる。しかし、他の非線形物質が実装されてもよい。
【００４０】
スペクトル周波数シフトは、上方または下方変換されたスペクトル領域内に増大したスペクトル密度を有する周波数シフトされた出力を生成するので、他の非線形プロセスを周波数シフトプロセスと連結して、１本の非線形導波路だけで可能であるよりもなお一層広いスペクトル・レンジをカバーすることができる。例えば、スペクトル上方または下方変換を増強するために、図２における第１の導波路の後に第２の導波路を挿入することができる。このような実装は独立して示されていない。
【００４１】
別の代替案は、増大したスペクトル生成域を得るために差周波混合を実装することである。図４に、周波数シフトおよび差周波混合を用いる実施形態が示されている。光源（例えば、Ｔｍファイバ・レーザまたは出力波長＞１７００ｎｍを有する任意の他の近赤外光源）の出力が、光ビーム・スプリッタを用いて２つの部分に分割される。ここで、第１の部分は、非線形周波数変換を提供するために第１の非線形結晶内に結合され、第２の部分は第２の光路に沿って導かれる。例えば図１に関して記載されている通りの、適切な光学サブシステムが利用されてもよい（不図示）。非線形結晶の出力および光源出力の第２の部分は次いでダイクロイック・ビーム・スプリッタによって再結合され、結合された出力は差周波発生のために第２の非線形結晶内に挿入される。第２の非線形結晶は、差周波発生用に構成された非線形導波路であることもできる。差周波数における光パワーを最大化するために、光パラメトリック増幅が実装されてもよい。光パラメトリック増幅のための光学機構は、図４に示されるものと基本的に同じである。相違は、光パラメトリック増幅の開始には、数ｎＪまたは１０ｎＪ超程度の比較的高いパルス・エネルギーが利用されることである。このような高いパルス・エネルギーは、例えば米国特許第８，０４０，９２９号に開示されているように、例えば、チャープ・パルス増幅の実装を介してＴｍファイバ・レーザから得ることができる。
【００４２】
第２の非線形結晶は、例えば、ＯＰＧａＡｓ、ＯＰＧａＰ、ＧａＡｓまたはＧａＰ結晶あるいは結晶導波路から構築することができる。中赤外線発生のために実装される他の結晶が周知であり、それらを実装することもできる。さらに数例を挙げると、例えば、ＧａＳｅ、ＡｇＧａＳｅ2、ＡｇＧａＳ2またはＣｄＧｅＡｓ2を用いることができる。
【００４３】
差周波発生プロセスのスペクトル生成域をさらに増大させるために、差周波混合と関連して、第１の結晶内で周波数下方変換および周波数上方変換を用いることができる。
【００４４】
差周波発生のスペクトル生成域を拡張するために、適切に設計された受動モード・ロックＴｍファイバ・レーザを用いることで可能となるように、近赤外光源を１７００〜２０００ｎｍの波長レンジ内で動作させるとさらに有利である。１８５０ｎｍの波長において１００ｎｍのバンド幅を有して動作するＴｍファイバ・レーザ、および１００ｎｍのバンド幅を同様に有する２５００ｎｍへの周波数下方変換を仮定すると、差周波混合は、短い５０００〜６０００ｎｍという波長に達することができる。下方変換プロセスの適切な制御によって、２０μｍもの長い波長をさらに得ることができる。５μｍ〜２０μｍの波長レンジは分子分光学において大変興味深い。ＯＰＧａＡｓまたはＯＰＧａＰにおける周波数下方変換と関連して、１８００ｎｍ〜２００００ｎｍの全波長レンジを、非常に単純な光源を用いてカバーすることができる。
【００４５】
１８５０ｎｍの波長で動作するＴｍファイバ光源は、ラマン・ソリトン形成を使わずに、例えば、１８５０ｎｍの波長で動作するモード・ロックＴｍファイバ発振器ならびにＴｍファイバ増幅器と共に高次ソリトン形成またはチャープ・パルス増幅を用いて構築することができる。Ｔｍファイバ・ベースのチャープ・パルス増幅システムは、例えば、Ｉｍｅｓｈｅｖ、他への米国特許出願第８，０４０，９２９号に説明されていた。チャープ・パルス増幅の実装は、０．１〜１００Ｗおよびさらにより高いレンジ内の、非常に高い平均パワーを得ることができるという追加的利点を有する。したがって、原理的に、医療的用途ならびに大気センシングおよび測距にとって大変興味深い１〜１００Ｗのレンジ内の平均パワーを有する周波数下方変換光源を発生することができる。光パラメトリック増幅と関連して、このようなファイバ・ベースの周波数下方変換光源を用いて、パルス・エネルギー＞ｌｎＪをさらに発生することができる。
【００４６】
図５にさらに示されるように、ＴｍおよびＥｒファイバ増幅器の組み合わせを用いて、大きなスペクトル生成域を有する差周波発生をさらに促進することができる。ここでは、モード・ロックＥｒ発振器および光Ｅｒ増幅システムを含むＥｒファイバ・システムがフロント・エンドにおいて用いられている。例えば、図１に関して記載されている通りの、適切な光学サブシステムがシステム内で利用されてもよい（不図示）。次に、Ｅｒファイバ・システムからの出力は光ビーム・スプリッタまたはファイバ光結合器によって２つの部分に分けられる。Ｅｒファイバ・システム出力の一方の部分は、Ｔｍファイバ増幅器システムのための種パルスを提供するためにさらに周波数シフトされる。このような、Ｅｒファイバ・システムのＴｍファイバ増幅器との組み合わせは、例えば、Ｉｍｅｓｈｅｖ、他への米国特許出願第‘９２９号に説明されていた。‘９２９号に説明されているように、さらに、Ｔｍファイバ増幅器システムの出力は調整可能であることができる。Ｔｍファイバ増幅器システムの出力は、さらに、さらなる周波数シフトのために任意使用の非線形導波路内に注入することができる。次に、非線形導波路またはＴｍファイバ増幅器の出力ならびにＥｒファイバ・システム出力の第２の部分は差周波発生のために非線形結晶または導波路内で結合される。Ｔｍファイバ増幅器の出力は波長調整可能であり、Ｅｒファイバ・システムと非線形導波路との差周波数は極めて大きくなることができるため、近赤外から遠赤外分光法にとって関心のあるほとんどの波長領域をカバーする、１５００〜２００００ｎｍの非常に高効率のスペクトル生成域を得ることができる。
【００４７】
図５に関して説明されている例では、ＴｍおよびＥｒファイバ・システムの役割をさらに逆にすることができる。この場合には、システムのフロント・エンドがモード・ロックＴｍファイバ発振器および増幅器システムを含み、Ｔｍシステム出力の一部が、続いて、Ｅｒファイバ増幅器システム内に注入される前にファイバ周波数シフタ内で周波数上方変換される。次に、Ｅｒ増幅器およびＴｍシステムの出力は差周波発生のために非線形結晶内で結合される。差周波発生のための非線形結晶内への注入前にＴｍファイバ・システム出力の少なくとも一部を周波数シフトするために、追加の非線形導波路をさらに挿入することができる。
【００４８】
したがって、ファイバ・ベースのレーザ・システムは、それぞれの第１および第２の光周波数を有する第１（Ｅｒ）および第２（Ｔｍ）の出力を発生するＥｒファイバ利得媒質およびＴｍファイバ利得媒質を組み合わせて含むことができる。差周波発生器（ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、ＤＦＧ）が、第１および第２の光周波数を有する第１および第２の出力を受光する。次に、ＤＦＧは、第１および第２の周波数の差を含むＤＦＧ出力を発生する。
【００４９】
以上のように、発明者らはいくつかの実施形態において本発明を説明した。
【００５０】
少なくとも１つの実施形態は赤外光源を含む。光源は、短い光パルスを生成するレーザ・システムであって、光パルスは、約１７００ｎｍよりも大きい第１の平均発振波長、および第１のスペクトル範囲を含む、レーザ・システムを含む。平均発振波長およびスペクトル範囲は、第１の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有するスペクトル窓を定義する。システムは、結晶性物質をベースとする疑似位相整合回折格子を含む非線形結晶を含む。光学サブシステムが光源を、周波数シフトされた出力パルスを生成する非線形結晶に光学的に結合する。周波数シフトされたパルスは、第２の、周波数シフトされた、平均発振波長を含む。周波数シフトされた出力は、第２の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有する第２の、波長シフトされた、スペクトル窓内にかなりのエネルギーの割合を含む。スペクトル窓およびシフトされたスペクトル窓は実質的にスペクトルの重なりを有しない。
【００５１】
少なくとも１つの実施形態では、非線形結晶が少なくとも１本の導波路を含むことができる。
【００５２】
少なくとも１つの実施形態では、かなりのエネルギーの割合が、約０．５％よりも大きくてもよい。
【００５３】
少なくとも１つの実施形態では、かなりのエネルギーの割合が、約５％よりも大きくてもよい。
【００５４】
少なくとも１つの実施形態では、レーザ・システムが、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｔｍ／ＨｏまたはＹｂ／Ｔｍファイバ・レーザを含むことができる。
【００５５】
少なくとも１つの実施形態では、レーザ・システムが固体レーザを含むことができる。
【００５６】
少なくとも１つの実施形態では、レーザ・システムがモード・ロック・レーザを含むことができる。
【００５７】
少なくとも１つの実施形態では、非線形結晶が、周期的分極反転ニオブ酸リチウム、周期的分極反転ＫＴＰ、周期的分極反転水晶、周期的分極反転ＲＴＡ、周期的分極反転タンタル酸リチウム、周期的分極反転ニオブ酸カリウムならびに／あるいは配向パターン化ＧａＡｓおよびＧａＰ、を含む群から選択されてもよい。
【００５８】
少なくとも１つの実施形態では、周波数シフトされた出力は周波数上方変換されてもよい。
【００５９】
少なくとも１つの実施形態では、周波数シフトされた出力は周波数下方変換されてもよい。
【００６０】
光源は、スペクトル周波数シフト用に構成された第２の非線形結晶をさらに含んでよく、第２の非線形結晶は光源の下流側に配される。
【００６１】
少なくとも１つの実施形態では、光源が、その光源の下流側に配される第２の非線形結晶を含んでよく、第２の非線形結晶は、レーザ光源の出力の一部と周波数シフトされた出力との差周波発生用に構成される。
【００６２】
少なくとも１つの実施形態では、光源が、その光源の下流側に配される第２の非線形結晶を含んでよく、第２の非線形結晶はレーザ光源の出力の一部と周波数シフトされた出力との差周波数におけるパルス発生用に構成される。ここで、差周波数における出力の発生は光パラメトリック増幅を含む。
【００６３】
少なくとも１つの実施形態では、光源が、波長調整可能出力を生成するように構成されてもよく、波長調整は、レーザ光源の平均発振波長を変化させるための非線形結晶の側方平行移動および／または非線形結晶の加熱によって実行される。
【００６４】
少なくとも１つの実施形態では、周波数シフトされた出力が平均パワー＞１００ｍＷを有してもよい。
【００６５】
少なくとも１つの実施形態では、短い光パルスが、約１０ｆｓから１００ｐｓのレンジ内のパルス幅を有するパルスを少なくとも１つ含むことができる。
【００６６】
少なくとも１つの実施形態では、短い光パルスが、約１０ｆｓから１ｐｓのレンジ内のパルス幅を有するパルスを少なくとも１つ含むことができる。
【００６７】
少なくとも１つの実施形態では、スペクトル窓が、スペクトル幅、Δλ、を有する矩形窓関数である。
【００６８】
少なくとも１つの実施形態では、光学サブシステムが、実質的に全ファイバ型の構成要素を含むことができる。
【００６９】
少なくとも１つの実施形態は赤外光源を含む。光源は、それぞれの第１および第２の光周波数を有する第１（Ｅｒ）および第２（Ｔｍ）の出力を発生するＥｒファイバ利得媒質およびＴｍファイバ利得媒質を組み合わせて含むファイバ・ベースのレーザ・システムを含む。差周波発生器（ＤＦＧ）が、第１および第２の光周波数を有する第１および第２の出力を受光し、それらの差周波数を含むＤＦＧ出力を発生する。
【００７０】
光源は、第１（Ｅｒ）または第２（Ｔｍ）の出力の一方の一部分を周波数シフトし、それぞれ、下方シフトまたは上方シフトのいずれかをなされた出力部分を提供し、Ｔｍファイバ増幅器またはＥｒファイバ増幅器のいずれかに種を与える周波数シフタを含むことができる。
【００７１】
少なくとも１つの実施形態では、周波数シフタが光ファイバを含むことができる。
【００７２】
少なくとも１つの実施形態では、ファイバ・ベースのシステムがＥｒファイバ増幅器を含んでよく、Ｅｒ利得媒質がＥｒファイバ増幅器の一部分を含む。
【００７３】
少なくとも１つの実施形態では、ファイバ・ベースのシステムがＥｒファイバ発振器を含んでよく、Ｅｒ利得媒質がＥｒファイバ発振器の一部分を含む。
【００７４】
少なくとも１つの実施形態では、ファイバ・ベースのシステムがＥｒファイバ・レーザ／増幅器の組み合わせを含んでよく、Ｅｒファイバ利得媒質がＥｒファイバ・レーザ／増幅器の組み合わせの一部分を含む。
【００７５】
少なくとも１つの実施形態では、ファイバ・ベースのシステムがＴｍファイバ増幅器を含んでよく、Ｔｍ利得媒質がＴｍファイバ増幅器の一部分を含む。
【００７６】
少なくとも１つの実施形態では、ファイバ・ベースのシステムがＴｍファイバ発振器を含んでよく、Ｔｍ利得媒質がＴｍファイバ発振器の一部分を含む。
【００７７】
ファイバ・ベースのシステムがＴｍファイバ・レーザ／増幅器の組み合わせを含んでよく、Ｔｍファイバ利得媒質がＴｍファイバ・レーザ／増幅器の組み合わせの一部分を含む。
【００７８】
少なくとも１つの実施形態では、赤外光源が、前記光源の下流側に配される第２の非線形結晶を含み、第２の非線形結晶は、周波数シフトされた出力の光パラメトリック増幅用に構成される。
【００７９】
少なくとも１つの実施形態では、光パラメトリック増幅が、レーザ光源の出力と周波数シフトされた出力との差周波数における追加の出力を発生する。
【００８０】
少なくとも１つの実施形態は赤外光源を含む。光源は、短い光パルスを生成するレーザ・システムであって、光パルスは、約１７００ｎｍよりも大きい第１の平均発振波長、および第１のスペクトル範囲を含み、平均発振波長およびスペクトル範囲は、第１の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有するスペクトル窓を定義する、レーザ・システムを含む。光源は、結晶性物質をベースとする疑似位相整合回折格子を含む第１の非線形結晶であって、第１の非線形結晶は、周波数シフトされた出力パルスを生成し、周波数シフトされたパルスは、第２の、周波数シフトされた、平均発振波長を含む、第１の非線形結晶を含む。第１の結晶から下流側に第２の非線形結晶が配され、第２の非線形結晶は、レーザ光源の出力の一部と、前記第１の非線形結晶を用いて生成された周波数シフトされた出力との差周波における出力の発生用に構成される。光源は、前記光源、前記第１の非線形結晶、および第２の非線形結晶を光学的に結合する光学サブシステムも含む。周波数シフトされた出力は、前記第２の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有する第２の、波長シフトされたスペクトル窓内にかなりのエネルギーの割合を含む。スペクトル窓およびシフトされたスペクトル窓は実質的にスペクトルの重なりを有しない。
【００８１】
少なくとも１つの実施形態では、第２の非線形結晶が、周波数シフトされた出力の光パラメトリック増幅用に構成され、差周波発生が光パラメトリック増幅を含む。
【００８２】
少なくとも１つの実施形態では、第２の非線形結晶がＯＰＧａＡｓまたはＯＰＧａＰから構築される。
【００８３】
少なくとも１つの実施形態では、第２の非線形結晶が、５μｍ〜２０μｍの波長レンジ内の出力を発生する。
【００８４】
本発明の概要を示すために、本願明細書においては、本発明の特定の態様、利点および新規な特徴が記載されている。しかし、このような利点は、いずれの特定の実施形態によっても、必ずしもすべてが達成されなくてもよいことを理解されたい。したがって、本発明は、１つまたは複数の利点を達成する仕方で具体化または実施されてもよく、本願明細書において教示または示唆されている通りの他の利点を必ずしも達成しなくてもよい。
【００８５】
したがって、本願明細書においては、特定の実施形態のみが具体的に記載されているが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく数多くの変更てもよいを加えることができることは明らかであろう。さらに、頭字語は、単に、明細書および特許請求の範囲の読みやすさを高めるために用いられている。これらの頭字語は、用いられている用語の一般性を低下させるように意図されるものではなく、それらは、特許請求の範囲を本願明細書に記載されている実施形態に限定するように解釈されてはならないことに留意されたい。
【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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【国際調査報告】
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