(57)【要約】  少なくとも１つの実施形態では時間分離されたパルス対が発生され、その後に増幅されて利用可能なピークおよび／または平均電力が増加される。パルスは、入力パルス幅を超える時間的分離、および互いに異なる偏光状態によって特徴付けられる。時間および偏光の識別は、増幅後のパルスの容易な抽出を可能にする。一部の実施形態では偏波保持（ＰＭ）ファイバおよび／または増幅器が利用され、それによりコンパクトな構成がもたらされる。少なくとも１つの実装形態は、時間遅延され偏光分割されたパルスを用い、増幅器出力にて時間分離されたパルスを再結合することができる、固体増幅器または大型コアファイバ増幅器のシーディングをもたらす。様々な実装形態では、バルク光学系およびファイバの適切な組み合わせを利用することができる。一部の実装形態では波長変換されたパルス列が発生される。本発明の方法およびシステムは、複数のビーム経路を利用した時間領域の用途、たとえば分光法に用いることができる。
2014522097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスを発生するシード源と、
前記パルスを異なる偏光状態に分割し、それによって偏光分割されたパルスを形成するための偏光スプリッタと、
前記偏光分割されたパルスを受け取り、時間分離されたパルスを発生する遅延発生器であって、各パルスは異なる偏光状態を有する、遅延発生器と、
前記異なる偏光状態を有する前記時間分離されたパルスが伝播する媒体であって、前記時間分離されたパルスのそれぞれのピーク電力およびエネルギーは前記媒体からのパルス出力のかなりの歪みを避けるために十分に低く、前記時間分離されたパルスの電力は前記媒体内で結合されたならば前記媒体の非線形閾値を超えることになる、媒体と、
前記媒体から前記時間分離されたパルスを受け取り、前記時間分離されたパルスを実質的に再結合して、増加されたピーク電力を有する出力パルスを形成するコンバイナと、
を備える、パルスレーザシステム。
【請求項２】
前記媒体が前記偏光スプリッタを備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項３】
前記媒体がファイバ利得媒体を備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項４】
前記媒体が偏波保持（ＰＭ）増幅器ファイバを備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項５】
前記シード源が直線偏光したパルスを発生する、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項６】
前記シード源がモードロック・ファイバ発振器を備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項７】
前記偏光スプリッタの少なくとも一部分が偏光感度を有するバルク光学系を備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項８】
前記遅延発生器と前記偏光スプリッタが光ファイバによって結合された、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項９】
前記遅延発生器の少なくとも一部分が能動または受動ＰＭファイバを備える、請求項８に記載のパルスレーザシステム。
【請求項１０】
前記シード源が、少なくとも１つの偏波保持（ＰＭ）ファイバを有するモードロック・ファイバ発振器を備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項１１】
前記偏光スプリッタまたはコンバイナが、各偏光状態を有するレーザパルスを別々のアーム内に分割する少なくとも１つの偏光ビーム・スプリッタと、少なくとも１つのアーム内に配置された遅延発生器とを備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項１２】
前記シード源によって発生されるパルス幅が、隣接する時間分離されたパルスの間の時間的距離より短い、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項１３】
前記媒体が、少なくとも１つの能動ＰＭファイバを含む複数のＰＭファイバを備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項１４】
前記能動ファイバが、実質的に基本モード出力を供給することができるマルチモード増幅器ファイバ、漏洩チャネル増幅器ファイバ、フォトニック結晶増幅器ファイバ、またはそれらの組み合わせを備える、請求項１３に記載のパルスレーザシステム。
【請求項１５】
前記能動ファイバが、複数の偏光状態によってラマン・ソリトンを発生することができる、請求項１３に記載のパルスレーザシステム。
【請求項１６】
前記シード源の波長またはラマン・ソリトン波長が異常分散領域にある、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項１７】
前記媒体が、バルク、固体、または再生増幅器利得媒体を備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項１８】
前記偏光スプリッタは、前記偏光スプリッタへの入力ビームがＰＭファイバの高速および低速軸の両方に結合されるように構成された前記ＰＭファイバを備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項１９】
前記入力ビームはファイバ接続を通じて前記ＰＭファイバに結合され、前記偏光分割は前記接続部における角度オフセットによって制御される、請求項１８に記載のパルスレーザシステム。
【請求項２０】
前記偏光スプリッタが、ファイバまたは波長板の相対的回転を用いて制御可能である、請求項１８に記載のパルスレーザシステム。
【請求項２１】
シード・パルスまたは出力パルスは、ｆｓからｐｓの領域内のパルス幅を有する、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項２２】
前記媒体が増幅器ファイバを備え、シードビームは少なくとも１つのバルク光学素子および自由空間結合を用いて増幅器ファイバ内に結合される、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項２３】
前記媒体が増幅器ファイバを備え、シードビームは融着接続を用いて前記増幅器ファイバ内に結合され、偏光分割は接続の角度オフセットによって制御される、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項２４】
前記媒体が利得媒体を備え、異なる偏光状態にあるパルスの間の遅延は前記利得媒体におけるパルス持続時間と同程度以上である、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項２５】
前記媒体が増幅器ファイバを備え、レーザパルスの間の遅延は前記レーザ増幅器の少なくとも１つの部分でのレーザパルス幅より長い、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項２６】
ＰＭファイバが遅延発生器として構成され、前記ＰＭファイバは能動および受動ファイバの１つまたは両方を備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項２７】
前記媒体が、直交する偏光状態を有するレーザパルス列を増幅することができ、直交する偏光状態によってラマンシフトを発生することができる、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項２８】
任意選択でレーザ増幅器内で、直交する偏光状態によってラマン・ソリトンを発生することができる、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項２９】
前記シード・レーザが、少なくとも数ｎｍの対応するスペクトル帯域幅を有して、約１００ｆｓから数ｐｓの範囲のパルス幅を生じる、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項３０】
前記媒体の少なくとも一部分が、少なくとも約１５μｍのコア直径を有するＹｂ／Ｅｒ共添加ダブルクラッド・ファイバを備えた大モード面積ファイバを備える、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項３１】
前記偏光スプリッタおよび前記遅延発生器が、前記媒体内のパルス持続時間より大きな遅延を導入する、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項３２】
前記コンバイナの少なくとも一部分が、相互的動作のために前記偏光スプリッタおよび前記遅延発生器の同一の構成要素を用いて構成される、請求項１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項３３】
パルスを発生するシード源と、
前記パルスを異なる偏光状態に分割し、それによって偏光分割されたパルスを形成するための偏光スプリッタと、
前記偏光分割されたパルスを受け取り、時間分離されたパルスを発生する遅延発生器であって、各パルスは異なる偏光状態を有する、遅延発生器と、
前記異なる偏光状態を有する前記時間分離されたパルスが伝播する媒体であって、前記時間分離されたパルスのそれぞれのピーク電力およびエネルギーは前記媒体からのパルス出力のかなりの歪みを避けるために十分に低く、前記時間分離されたパルスの電力は前記媒体内で結合されたならば前記媒体の非線形閾値を超えることになる、媒体と、
前記媒体の下流側に配置され、それから前記時間分離されたパルスを受け取り、増幅された時間分離されたパルスを発生するバルク、固体増幅器と、
前記バルク、固体増幅器から前記増幅された時間分離されたパルスを受け取り、前記バルク、固体増幅器からの前記増幅された時間分離されたパルスを実質的に再結合して、増加されたピーク電力を有する出力パルスを形成するコンバイナと、
を備える、パルスレーザシステム。
【請求項３４】
前記偏光スプリッタおよび前記遅延発生器の両方が、ＰＭ保持ファイバを用いて構成される、請求項３３に記載のパルスレーザシステム。
【請求項３５】
前記媒体がＰＭ光ファイバを備え、前記偏光スプリッタおよび前記遅延発生器は前記第１の媒体と一体である、請求項３４に記載のパルスレーザシステム。
【請求項３６】
前記媒体が少なくとも１つの増幅器ファイバを備える、請求項３３に記載のパルスレーザシステム。
【請求項３７】
前記少なくとも１つの増幅器ファイバが、単一モードの、偏波保存ファイバを備える、請求項３６に記載のパルスレーザシステム。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの増幅器ファイバが、実質的に基本モード出力を供給することができるマルチモード増幅器ファイバ、漏洩チャネル増幅器ファイバ、フォトニック結晶増幅器ファイバ、またはそれらの組み合わせを備える、請求項３６に記載のパルスレーザシステム。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの増幅器ファイバが、ラマン・ソリトンを発生することができる、請求項３６に記載のパルスレーザシステム。
【請求項４０】
前記偏光スプリッタ、前記遅延発生器、および前記媒体が光ファイバを備え、バルク光学部品を備えない、請求項３３に記載のパルスレーザシステム。
【請求項４１】
パルスを発生するシード源と、
前記パルスを異なる偏光状態に分割し、それによって偏光分割されたパルスを形成するための偏光スプリッタと、
前記偏光分割されたパルスを受け取り、時間分離されたパルスを発生する遅延発生器であって、各パルスは異なる偏光状態を有する、遅延発生器と、
前記異なる偏光状態を有する前記時間分離されたパルスが伝播する光増幅器であって、前記時間分離されたパルスのそれぞれのピーク電力およびエネルギーは前記光増幅器からのパルス出力のかなりの歪みを避けるために十分に低く、前記時間分離されたパルスの電力は前記光増幅器内で結合されたならば前記光増幅器の利得媒体の非線形閾値を超えることになり、前記増幅器は増幅器出力として、増幅された時間分離されたパルスを発生する、光増幅器と、
前記光増幅器から前記増幅された時間分離されたパルスを受け取り、前記増幅器からの前記増幅された時間分離されたパルスを実質的に再結合して、増加されたピーク電力を有する出力パルスを形成するコンバイナと、
を備える、パルスレーザシステム。
【請求項４２】
前記光増幅器が、少なくとも１つのファイバ増幅器を備える、請求項４１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項４３】
前記光増幅器が、実質的に基本モード出力を供給することができるマルチモード・ファイバ増幅器（ＭＭＦＡ）、漏洩チャネル・ファイバ増幅器（ＬＣＦ）、フォトニック結晶ファイバ増幅器（ＰＣＦ）、またはそれらの組み合わせの１つまたは複数として構成された大型コア増幅器を備える、請求項４１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項４４】
前記光増幅器と前記コンバイナの間に配置された、バルク固体増幅器をさらに備える、請求項４１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項４５】
パルスレーザシステムであって、
時間分離されたパルスを供給する入力であって、各パルスは異なる偏光状態を有する、入力と、
前記時間分離されたパルスが伝播する媒体であって、各パルスのピーク電力およびエネルギーは前記媒体からのパルス出力のかなりの歪みを避けるために十分に低く、前記システムは、前記時間分離されたパルスが別々の光路を伝播しそれによって時間分離されたパルスの同期をもたらすように構成される、媒体と
を備える、パルスレーザシステム。
【請求項４６】
第１の光路内に配置され前記媒体から第１のパルスを受け取り、前記媒体からの前記第１のパルスの波長を第１の変換された波長に変換する波長変換器を備える、請求項４５に記載のパルスレーザシステム。
【請求項４７】
前記システムが、前記媒体から第２のパルスを受け取り、前記媒体からの前記第２のパルスの波長を第２の変換された波長に変換する第２の波長変換器を第２の光路内に備える、請求項４６に記載のパルスレーザシステム。
【請求項４８】
前記入力が、利得媒体内にほぼすべてファイバの構成部品を備えバルク光学部品を備えない利得媒体を備える、請求項４５に記載のパルスレーザシステム。
【請求項４９】
前記入力が遅延発生器を備え、前記遅延発生器の少なくとも一部分はバルク光学系を備える、請求項４８に記載のパルスレーザシステム。
【請求項５０】
前記バルク光学系が１対のプリズム形状の複屈折性結晶を備え、プリズム形状の結晶の一方または両方の厚さおよび／または相対位置が調整可能な遅延をもたらす、請求項４９に記載のパルスレーザシステム。
【請求項５１】
パルスレーザシステムであって、
時間分離されたパルスを発生する手段であって、各パルスは異なる偏光状態を有する、手段と、
前記時間分離されたパルスが伝播する媒体であって、各パルスのピーク電力およびエネルギーは前記媒体からのパルス出力のかなりの歪みを避けるために十分に低く、前記システムは、前記時間分離されたパルスが別々の光路を伝播しそれによって時間分離されたパルスの同期をもたらすように構成される、媒体と
を備える、パルスレーザシステム。
【請求項５２】
前記手段および、前記媒体の少なくとも一部分が、光ファイバを備えバルク光学部品を備えない、請求項５１に記載のパルスレーザシステム。
【請求項５３】
前記時間分離されたパルスの電力が、前記媒体内で結合されたならば前記媒体の非線形閾値を超えることになる、請求項５１に記載のパルスレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い平均電力または高いピーク電力を有するレーザパルスを発生するための方法およびシステムに関し、特にポンプ・プローブまたはテラヘルツ測定などの時間領域分光法に応用することができ、そこではパルス列を運ぶ複数のビームが利用され、または望ましくない非線形効果なしに平均電力および／またはパルスエネルギーをもたらすことができる。
【背景技術】
【０００２】
パルスレーザ源の利用は、工業および科学用途において増してきている。具体的には計測学、撮像、および材料処理用途において、ここ数年に超短レーザ技術の応用が増加している。ファイバベースの超短システムは今では数多くの用途向けに定着しており、特に低パルスエネルギーから中パルスエネルギーでの高反復率の用途に適している。しかし受動または利得ファイバのいずれにおいても非線形効果、たとえばラマンシフトによって引き起こされるパルス歪みおよび利得スペクトルの外への信号シフトにより、増幅されたパルスのピーク電力は制約される。チャープパルス増幅は、ファイバシステムの能力を大幅に拡大するためにしばしば用いられる。パルスは時間的に引き延ばされ、それによってピーク電力を低くし、次いで増幅され再圧縮される。このような制約はパルスエネルギーが拡大するのに従って、他の光媒体たとえばＮｄベースのバルク光増幅器にも当てはまる。
【０００３】
以下の特許、公開された特許出願、および出版物は、少なくとも部分的にファイバレーザおよび増幅器、超短レーザ材料処理、光測定技術、および／またはレーザパルスの群を発生するための様々な構成に関する：米国特許第６，３３９，６０２号、米国特許第６，６６４，４９８号、米国特許第６，９５４，５７５号、米国特許第７，０８８，８７８号、米国特許第７，５８０，４３２号、米国特許出願第２００２／０１６７５８１号、米国特許出願第２００３／０１５１０５３号、米国特許出願第２００５／０２１８１２２号、米国特許出願第２０１０／０２７２１３７号、国際特許公開第２００９１４６６７１号、ＳｔｒｉｃｋｌａｎｄおよびＧ．Ｍｏｕｒｏｕ、Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．５６，２１９（１９８５），Ｈ．Ｈｏｆｅｒら、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２３，１８４０（１９９８）、Ｍ．Ｅ．Ｆｅｒｍａｎｎら、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８４，２０００（２０１０）。
【０００４】
様々な用途は、複数のビームまたはパルス列を必要とする。このような用途では複数のビーム内のパルスは明確な相対時間間隔を有することができ、一定のレベルの同期を必要とする。時間領域測定は１つの例である。より具体的には光時間ゲーティングまたは相関技術を用いて、第１のビームは試料との光相互作用のために用いられ、第２のビームは時間ゲーティングまたは相関関数のために用いられる。特に超短測定の場合は、所望の時間分解能を得るために同期が必要である。テラヘルツ分光法、光ポンプ・プローブ分光法、および超短パルスレーザを利用した他の時間ゲート型撮像プロセスは、この用途の範疇に含まれる。
【０００５】
このような用途に用いられる従来のレーザベースのシステムは、しばしば十分に高いエネルギーのパルスを生成し、その後に応用システム内でビームを複数のビーム経路に分割するように設計される。
【０００６】
光ファイバおよび他の利得媒体、たとえば再生増幅器における高い強度の光パルスの増幅は、最終的には非線形性に対する考慮が必要になる。パルスエネルギーの制約の結果として、しばしば平均電力が制限される。パルスエネルギーの損失なしに平均電力を増加させることは、高ピーク電力のパルスレーザシステムに対する有用な改良となり得る。
【０００７】
したがってファイバベースのシステム、再生増幅器、薄ディスクレーザ（ｔｈｉｎ  ｄｉｓｋ  ｌａｓｅｒ）などを含む、パルスレーザ源のピーク電力能力を拡大する必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，３３９，６０２号
【特許文献２】米国特許第６，６６４，４９８号
【特許文献３】米国特許第６，９５４，５７５号
【特許文献４】米国特許第７，０８８，８７８号
【特許文献５】米国特許第７，５８０，４３２号
【特許文献６】米国特許出願第２００２／０１６７５８１号
【特許文献７】米国特許出願第２００３／０１５１０５３号
【特許文献８】米国特許出願第２００５／０２１８１２２号
【特許文献９】米国特許出願第２０１０／０２７２１３７号
【特許文献１０】国際特許公開第２００９１４６６７１号
【特許文献１１】米国特許第７，４１４，７８０号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＳｔｒｉｃｋｌａｎｄおよびＧ．Ｍｏｕｒｏｕ、Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．５６，２１９（１９８５）
【非特許文献２】Ｈ．Ｈｏｆｅｒら、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２３，１８４０（１９９８）
【非特許文献３】Ｍ．Ｅ．Ｆｅｒｍａｎｎら、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８４，２０００（２０１０）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様では本発明は、非線形パルス歪みを低減し、パルスレーザ源の利用可能な平均電力を増加させる方法を特色とする。
【００１１】
時間領域に分散されたパルスを増幅することにより、そうでない場合に高いピーク電力によって誘起され得る非線形効果が低減される。時間的に分散されたパルスが異なる偏光状態をもてば、パルスは容易に分離することができる。
【００１２】
様々な実施形態では、増幅の前にまたは増幅時に、パルスは互いに異なる偏光状態に分割される。結果としての分割されたパルスの部分は、直交する直線偏光を有することができる。互いに異なる偏光状態により、比較的簡単な偏光感度を有するデバイスを利用して、同期したパルス列を複数のビームに容易に抽出することが可能になる。光媒体内での伝播時に、パルス対の間にパルス幅より大きな時間的分離を導入することができる。
【００１３】
一部の実施形態では、時間遅延を補償するように反対方向にビームを伝播することによって、偏光分割され時間分離された２つのパルスを再結合するために、第２の分割ユニットを用いることができる。一部の実装形態では第２の分割ユニットは、第１のユニットと同じ光学部品を含むことができる。
【００１４】
様々な実施形態では、望ましくない非線形効果が生じる閾値までパルスが増幅される前に、偏光分割され時間分離されたパルスが能動媒体内で発生される。
【００１５】
少なくとも１つの実施形態ではパルスは、１つまたは複数増幅器段によって増幅する前に、時間的に分割される。
【００１６】
少なくとも１つの実施形態では、偏光分割および遅延発生の両方は全てファイバの構成で実施され、これは能動または受動偏波保持（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ：ＰＭ）ファイバを含むことができる。たとえばＰＭ光ファイバを用いて、偏光スプリッタおよび遅延発生器は能動／受動ＰＭファイバ媒体と一体とすることができ、別個の構成部品を不要とすることができる。
【００１７】
ファイバレーザ構成においては発振器出力は、２つ以上のビームに分離することができ、各ビーム経路用に任意選択の遅延段を有し、その後に結合され増幅器ファイバに注入される。パルスのパルス幅より大きな十分な遅延が与えられた場合は、パルスは干渉せずに増幅され、それによって各パルスの持続時間は保存される。
【００１８】
様々な実施形態では直線偏光したパルスを利用して、分割されたビームは、偏光が直線であるが直交する偏光状態を有するように処理することができる。利得媒体での増幅の後に、後続の動作のために、偏光感度を有するデバイスが容易にパルスを分離することができる。様々な実施形態では、偏波保持ファイバを有するファイバレーザを利用して、時間における分割および偏光は、ファイバ内での直交的に直線偏光した２つのパルスの群速度の差を利用することによってさらに簡単にすることができる。この例ではＰＭファイバへの入力偏光は、低速および高速軸偏光が同時に励起されるように設定される。ファイバ内での十分な伝播距離の後に、２つの偏光構成部品内のパルスは、好ましくは入力パルスのパルス幅よりも大きく分離されることになる。次いで偏光構成部品によって、少なくとも２つの増幅されたパルス列を抽出することができる。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態では、２つのレーザパルスは、少なくとも１つの媒体の非線形閾値よりも高いピーク電力出力を有する単一のレーザパルスを発生するように、コヒーレントにまたは非コヒーレントに結合することができる。
【００２０】
少なくとも１つの実施形態では、両方の偏光状態または１つの偏光状態にあるレーザパルス列は、第１の波長を第２の波長に変換するために光学的非線形デバイスに入力することができる。
【００２１】
１つの用途ではレーザ出力は２つの物理的なビームを備え、対応するパルス列は同期される。用途の非限定的な例は、偏光をベースとする材料改変および処理、時間領域分光法、および時間領域の情報に基づく撮像などを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】結果としてパルス歪みを生じる、媒体内の従来のパルス伝播を概略的に示す図である。
【図１ｂ】媒体内で異なる偏光状態を有する時間分離されたパルス、ならびにより高い電力またはパルスエネルギーおよび無視できる歪みを有する単一の出力ビームに結合されるパルスを概略的に示す図である。
【図２】ＰＭファイバを利用したパルスレーザ源の一例を概略的に示す図である。
【図３ａ】偏光分割ユニットまたは結合ユニットの一例を概略的に示す図である。
【図３ｂ】制御可能な遅延を有する遅延発生器の一例を概略的に示す図である。
【図４ａ】偏光スプリッタまたは相互的なコンバイナの他の例を概略的に示す図である。
【図４ｂ】遅延発生器の２つの例を概略的に示す図である。
【図５ａ】２つの時間分離され増幅されたパルスに対応する、測定された自己相関関数（ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＡＣＦ）を示すグラフである。
【図６】時間領域の情報を得るために、２つのビームおよび２つの別々のパルスが用いられる応用例に対する例示のシステムを示す図である。
【図７】複数の光路において時間分離され、偏光分割されたパルス、および１つまたは複数のパルスの波長変換と、所定の時間的分離が同期をもたらす様子とを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
少なくとも１つの実施形態では、パルスエネルギーの大幅な増加なしに、増幅器の利用可能な平均出力電力が増加される。
【００２４】
少なくとも１つの実施形態では１つのパルスは、それぞれが異なる偏光状態を有する１対のパルスに分割される。偏光分割されたパルスの間の相対的遅延が発生され、媒体、たとえば受動光学材料または能動の増幅利得媒体内での伝播時にパルスを時間的に分離する。一部の実施形態ではパルスは、少なくとも部分的に、利得媒体内での増幅時に分離することができる。
【００２５】
ＰＭファイバを利用したファイバレーザ増幅器などの一部のパルスレーザ源は、偏光状態を保存する。励起が十分であるときは、各偏光状態はレーザ源内を独立に伝播することができる。
【００２６】
例として図１ａおよび１ｂは、従来のレーザシステムの媒体内のパルス伝播１１０と、本発明の一実装形態による時間分離されたパルスの伝播１２０とを比較している。図１ａは、利得媒体または受動媒体とすることができる媒体１０１の一部分を伝播するレーザパルス１０５ａを示す。この例は、媒体内の非線形効果によって誘起される出力パルス歪み１０５−ｂを示す。このような効果は、パルス分裂、ノイズ、および他の歪みとして現れ得る。上述のように非線形効果によって引き起こされる歪みのレベルは、様々なレーザをベースとする用途の場合に達成できるピーク電力を制約する。ラマンシフトおよび／または自己位相変調は、ガウス状の入力パルスを、たとえば１０５−ｂと同様なかなりひずんだ時間的パルス形状に変え得ることが知られている。たとえば自己位相変調の増加を用いて出力パルス品質が改善された米国特許第７，４１４，７８０号で開示されるように、非線形効果はパルス品質を改善するために活用されてきている。それでもなおこのようなシステムにおいて利用可能ピーク電力をさらに増加させることは、出力パルス品質の大幅な劣化が観察されるときの電力レベルおいて有益である。
【００２７】
図１ｂは、どのようにして直交する偏光を有するレーザパルス１１５−ａを用いて、パルスレーザシステムにおける利用可能な出力最大パルスエネルギーを倍増できるかを概略的に示す。図１ａおよび１ｂに概略的に示されるように、増加されたピーク電力を有する出力パルス１１５−ｂは、たとえば入力（シード）パルスが歪む時点および場所の前にシード源によって発生されたパルス１０５−ａの時間的形状と同様のパルス時間的形状を有することができる。媒体１０１内を伝播する前にまたは伝播時に、直交する偏光を有する２つのレーザパルスが時間的に分離されれば、各パルスは別々に、非線形効果が始まる前に媒体によって支持される最大パルスエネルギーに達することができる。所定のビーム・プロファイルおよびパルス形状により、最大パルスエネルギーを決定することができる。媒体１０１の後の任意選択のコンバイナは、これら２つのパルスの間の時間的遅延を補償し、２つのパルスを単一パルスに結合する。結果としてのパルス１１５−ｂは、（パルス対に分離する前の）単一パルスの最大エネルギーの２倍を有する。
【００２８】
図２は、例示のファイバベースのレーザシステムの偏光分割および結合動作の一例を示す。この例ではレーザ源はシード・レーザを含み、これはＰＭファイバに結合されたモードロック・レーザ発振器を含むことができる。この構成ではシードは、縦の矢印で表される純粋な直線偏光出力を有する。シード・レーザは、超短パルスを有するレーザパルス列を生じるように構成される。パルス列は、やはりＰＭファイバをベースとする、利得媒体としてドーピングされた利得ファイバを有するレーザ増幅器２２０によって増幅される。
【００２９】
各シード・パルスを２つの直交する偏光状態に分割する１つの効率的なやり方は、シード源と増幅器２２０の間のＰＭファイバの２つの区間２１０、２１５を、角度シフトを有して接続することによってＰＭファイバを構成することである。概略断面図２１０−ａ、２１５−ａは、ＰＭファイバ偏光軸の相対角度偏位を示す。諸軸は少なくとも部分的に、ファイバコアを部分的に取り囲むファイバ・クラッド内に配置された複屈折材料によって決まる。このような接続は、市販の接続マシンおよびソフトウェアを用いて自動的に行うことができる。
【００３０】
シード・レーザの偏光が入力ファイバの低速軸と並行であると仮定する。そうすると角度シフトがθでは、出力ファイバの高速軸および低速軸における電力は、それぞれＩ０ｃｏｓ２θおよびＩ０ｓｉｎ２θとなる。この特定の例では、これら２つの偏光状態の間の時間的遅延は、パルスレーザシステムの増幅器部分においてＰＭファイバによって加えられる。ＰＭファイバは、その高速および低速軸の間に、１０−４程度の複屈折性を有する。この結果として、ＰＭファイバの１メートルごとに数百フェムト秒（ｆｓ）から約１ピコ秒（ｐｓ）までの時間的遅延を生じる。増幅器部分が数メートルのＰＭファイバの長さを有する場合は、結果として数ｐｓの時間的遅延を生じる。この時間的遅延は通常は、２つの超短パルスを分離するのに十分となる。
【００３１】
特にこの例では、パルス対のパルス間の時間的遅延は、レーザ増幅器２２０内で変化し、増幅器の端部部分近くでは２つのパルスは完全に分離する。この変化する遅延は、分離と共に伝播時にレーザ電力が増加するので有害とはならない。したがってパルスは、増幅器に注入されると直ちに時間的に分離されないが、両方のパルスは減少されたパルスエネルギーを有するので各パルスの合計電力は依然として最大ピーク電力より低く、パルス電力の合計が非線形効果に対する閾値を超える前にパルスは分離する。最大パルス分離は、増幅器の出力端でまたはその近くで得られることになり、そこでは偏光分割され時間遅延され増幅されたパルス２３０は最大エネルギーを有する。
【００３２】
図２は、多くの可能な実装形態の１つを示すことに留意されたい。たとえばシード・レーザは直線偏光されなくてもよく、円偏光、楕円偏光、さらには非偏光、偏光解消、または部分偏光などの他の偏光状態とすることができる。様々な実施形態では、増幅器内で２つの直交する偏光状態の間の比率を制御するために、純粋な偏光状態でのシード・パルスがより望ましく、増幅後のコヒーレントな結合のためにより適している。必要な時間的分離はレーザ増幅器内で生じなくてもよい。分離は、受動媒体、レーザ発振器、および／または増幅器内で加えることもできる。
【００３３】
様々な実装形態では偏光分割は、ファイバ接続ではなく自由空間結合を用いて行うことができる。偏光スプリッタは、偏光をさらに制御し整列させるように、ファイバまたは波長板の相対的回転のための機構を含むことができる。遅延はまた、図３および図４に関連して以下で述べるようなバルク光学部品を用いて設定することもできる。さらに遅延は固定でなく可変とすることができる。
【００３４】
さらに増幅器はファイバ増幅器でなくてもよい。媒体は、受動または能動の任意の適切な媒体とすることができ、最大パルスエネルギーはそれによって制限され、レーザ源自体の外側に配置してもよい。
【００３５】
図３ａは、例示の偏光分割ユニット（または逆のビームを有する相互的な結合ユニット）を示す。パルスを分割するため、または偏光分割され時間分離されたパルス対を結合するために、２つの直交する偏光状態に対して異なる屈折率（ｎｓ、ｎｐ）を有する複屈折性結晶のスラブ３１０を用いることができる。たとえばＬｉＮｂＯ３は、通常および異常偏光状態の間で、δｎ＝０．０８５を有する。ＬｉＮｂＯ３の３．５ｍｍの厚さの部分は、パルス対の間に約１ｐｓの時間的遅延を生じることができる。図３ｂに示されるようにそれぞれがプリズム形状を有する結晶３３０−ａ、３３０−ｂは、光路長を変化させることができ、したがって一方または両方の結晶を並行移動させることによって時間的遅延を制御することができる。
【００３６】
図４ａは、他の例の偏光分割ユニット４００（または相互的な結合ユニット）を示す。レーザパルスを異なる偏光状態に分離し、それらを異なる経路（アーム）に沿って導くために、偏光ビーム・スプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ）ＰＢＳが用いられる。遅延発生ユニット４１０−ａ、４１０−ｂは、１対のパルスの間の時間的関係を制御するように構成される。
【００３７】
図４ｂは、遅延発生に適したデバイスの２つの例を示す。一方は直線遅延線４２０であり、他方は図３ｂに示された構成要素と同様な、光路長を制御するために用いることができる２つのプリズム４３０−ａ、４３０−ｂを備えたものである。このようなデバイスは単独または組み合わせて用いることができる。また２つのパルスを用いてピーク電力の２倍の増加を得ることができるが、追加の経路を用いて、所望の時間系列で２つより多い時間分離されたパルスを形成し、それによって出力ピーク電力のさらなる増加をもたらすこともできる。
【００３８】
次いでパルスはコンバイナにおいて再結合することができ、コンバイナはたとえば図３〜４に概略的に示されるようなバルクおよびファイバ光学系の任意の適当な組み合わせを備えることができる。また上述のように図４ａにおいて、逆の経路を用いてパルスを結合することができる。
【００３９】
例として出力パルスは適当なビーム状態調節光学系によって、下流側のバルク固体利得媒体、実質的に基本モード出力を生じることができる大モード・マルチモード増幅器ファイバ（ｌａｒｇｅ  ｍｏｄｅ  ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｆｉｂｅｒ：ＭＭＦＡ）、大型コア漏洩チャネル増幅器ファイバ（ｌｅａｋａｇｅ  ｃｈａｎｎｅｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｆｉｂｅｒ）（ＬＣＦ設計）、フォトニック結晶増幅器ファイバ（ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｆｉｂｅｒ）（ＰＣＦ設計）、高電力コヒーレント増幅器アレイ、および／または他の高ピーク電力利得媒体の１つまたは複数への入力として用いることができる。下流側の利得媒体の出力においてバルク光学系を備えたコンバイナを備えることによって、増加されたピーク電力を有する単一のパルスを形成することができる（個別には図示せず）。同様に様々な実施形態では、ＭＭＦＡ、ＬＣＦ、またはＰＣＦはＰＭファイバを備えることができ、分割および遅延発生の少なくとも一部分をもたらすことができる。
【００４０】
さらに、光媒体のピークおよび／平均出力電力能力を改善するために、偏光分割され時間遅延されたパルス対が有利となり得る、任意の用途に対して上記の構成要素および構成の様々な組み合わせを利用することができる。
【００４１】
テラヘルツ分光法またはポンプ・プローブ分光法などの時間領域測定技術では、異なるビームおよびパルス列を用いることができる。図６には、時間領域測定システム６００の概略図が示される。上述のようにレーザ源６０５は２つのビームおよびパルス列を供給し、一方のパルス列は遅延線６１０を用いて、他方のパルス列に対して時間的にさらに遅延させることができる。試料１  ６２０は第１のパルス列と相互作用し、他方のパルス列は試料２  ６３０内で第１のパルス列と相互作用する。
【００４２】
例として試料１はテラヘルツ放射体であり、試料２は時間遅延されたゲートパルスと相互作用するテラヘルツ波の時間ゲート素子である。ポンプ・プローブまたは同様の光相関技術は同様な動作原理を共有し、そこでは光信号の時間ゲートが試料内で誘起される。
【００４３】
一部の実施形態では、一方または両方のパルス列を波長変換することができる。例として高調波変換器、ラマンシフタ、または光パラメトリック増幅器（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＯＰＡ）を波長変換のために用いることができる。結果としての出力は結合し、時間同期し、または別々に処理することができる。波長変換器は、ビーム・コンバイナの前または後に配置することができる。
【００４４】
図７は、偏光分割され時間分離された２つのパルスの他の応用例を概略的に示す。この例では入力は、上述のように偏光分割され時間分離されたパルスを供給する。パルスは別々の光路に導かれる。第１の光路ではパルスは、第２高調波発生器（ｓｅｃｏｎｄ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＳＨＧ）によって周波数が２倍にされる。第２の光路内を伝播する第２のパルスは、所定の遅延を有することができ、したがって周波数変換されたパルスと時間同期させることができる。たとえば第２の光路における波長変換、結合など多くの変形形態が可能である。
【００４５】
１つの実験では、図２に示されるものと同様な構成においてラマン・ソリトンレーザ増幅器が用いられた。モードロック・ファイバレーザ発振器は、約１５６０ｎｍの中心波長を発生し、ＰＭファイバ・ピグテールを用いて構成された。出力レーザ偏光は、低速軸と整列された。シード・パルスは、出力ＰＭピグテールをＰＭ利得ファイバに接続することによって、レーザ増幅器に注入された。接続時に４５°のシフトが加えられた。それによりレーザ増幅器内で等しい電力が高速および低速軸に分割された。利得ファイバはレーザダイオードによってポンピングされた。この例では、増幅時にラマン・ソリトンが形成された。出力ラマン・ソリトンのパルス持続時間は約１００ｆｓであった。１つの偏光シードのみで、ラマン・ソリトン・パルスエネルギーは最大パルスエネルギーで飽和した。２つの偏光シードで、各偏光はラマン・ソリトンを生じ、最大パルスエネルギーで飽和した。結果として合計のラマン・ソリトン電力は２倍となった。
【００４６】
図５は、増幅されたレーザ出力の測定された自己相関関数（ＡＣＦ）を示す。ＡＣＦは１．７ｐｓの分離を有する二重パルス構造をはっきり示し、これはパルス対を完全に分離する。実験でラマン・ソリトンが用いられなければ、ラマン発生プロセスに関連する各偏光軸の群速度分散の差により、時間的分離はわずかに異なるものとなり得た。しかしこのような変化は、ＰＭファイバ内の伝播時のパルスの時間的分離の実証において重要ではない。
【００４７】
このように、いくつかの実施形態において本発明について述べてきた。実施形態は互いに排他的ではなく、１つの実施形態に関連して述べられた要素は、所望の設計目的を達成するのに適したやり方で他の実施形態と組み合わせる、または他の実施形態から削除することができることを理解されたい。
【００４８】
少なくとも１つの実施形態は、パルスレーザシステムを含む。システムは、パルスを発生するためのシード源を含む。偏光スプリッタは、シード源からのパルスを異なる偏光状態に分割し、それによって偏光分割されたパルスを形成する。遅延発生器は、偏光分割されたパルスを受け取り、時間分離されたパルスを発生し、各パルスは異なる偏光状態を有する。システムは、異なる偏光状態を有する時間分離されたパルスが伝播する媒体を含み、時間分離されたパルスのそれぞれのピーク電力およびエネルギーは個々に、媒体からのパルス出力のかなりの歪みを避けるために十分に低い。時間分離されたパルスの電力は、媒体内で結合されたならば媒体の非線形閾値を超えることになる。コンバイナは、媒体から時間分離されたパルスを受け取り、時間分離されたパルスを実質的に再結合して、増加されたピーク電力を有する出力パルスを形成する。
【００４９】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体は偏光スプリッタを含むことができる。
【００５０】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体はファイバ利得媒体を含むことができる。
【００５１】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体は偏波保持（ＰＭ）増幅器ファイバを含むことができる。
【００５２】
いずれかまたはすべての実施形態では、シード源は直線偏光したパルスを発生することができる。
【００５３】
いずれかまたはすべての実施形態では、シード源は、モードロック・ファイバ発振器を含むことができる。
【００５４】
いずれかまたはすべての実施形態では、偏光スプリッタの少なくとも一部分は、偏光感度を有するバルク光学系を含むことができる。
【００５５】
いずれかまたはすべての実施形態では、遅延発生器と偏光スプリッタとを光ファイバによって結合することができる。
【００５６】
いずれかまたはすべての実施形態では、遅延発生器は少なくとも一部分は能動または受動ＰＭファイバを含むことができる。
【００５７】
いずれかまたはすべての実施形態では、シード源は、少なくとも１つの偏波保持（ＰＭ）ファイバを有するモードロック・ファイバ発振器を含むことができる。
【００５８】
いずれかまたはすべての実施形態では、偏光スプリッタまたはコンバイナは、各偏光状態を有するレーザパルスを別々のアーム内に分割する少なくとも１つの偏光ビーム・スプリッタと、少なくとも１つのアーム内に配置された遅延発生器とを含むことができる。
【００５９】
いずれかまたはすべての実施形態では、シード源によって発生されるパルス幅は、隣接する時間分離されたパルスの間の時間的距離より短くすることができる。
【００６０】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体は、少なくとも１つの能動ＰＭファイバを含む複数のＰＭファイバを含むことができる。
【００６１】
いずれかまたはすべての実施形態では、能動ファイバは、実質的に基本モード出力を供給することができるマルチモード増幅器ファイバ、漏洩チャネル増幅器ファイバ、フォトニック結晶増幅器ファイバ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００６２】
いずれかまたはすべての実施形態では、能動ファイバは、複数の偏光状態を有してラマン・ソリトンを発生することができる。
【００６３】
いずれかまたはすべての実施形態では、シード源の波長またはラマン・ソリトン波長は異常分散領域にあるものとすることができる。
【００６４】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体はバルク、固体、または再生増幅器利得媒体を含むことができる。
【００６５】
いずれかまたはすべての実施形態では、偏光スプリッタは、偏光スプリッタへの入力ビームがＰＭファイバの高速および低速軸の両方に結合されるように構成されたＰＭファイバを含むことができる。
【００６６】
いずれかまたはすべての実施形態では、入力ビームは、ファイバ接続を通じてＰＭファイバに結合することができ、偏光分割は接続部における角度オフセットによって制御することができる。
【００６７】
いずれかまたはすべての実施形態では、偏光スプリッタは、ファイバまたは波長板の相対的回転を用いて制御可能とすることができる。
【００６８】
いずれかまたはすべての実施形態では、シード・パルスまたは出力パルスは、ｆｓからｐｓの領域内のパルス幅を有することができる。
【００６９】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体は増幅器ファイバを含むことができ、シードビームは少なくとも１つのバルク光学素子および自由空間結合を用いて増幅器ファイバ内に結合することができる。
【００７０】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体は増幅器ファイバを含むことができ、シードビームは融着接続を用いて増幅器ファイバ内に結合することができ、偏光分割は接続の角度オフセットによって制御することができる。
【００７１】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体は利得媒体を含むことができ、異なる偏光状態にあるパルスの間の遅延は利得媒体におけるパルス持続時間と同程度以上とすることができる。
【００７２】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体は増幅器ファイバを含むことができ、レーザパルスの間の遅延はレーザ増幅器の少なくとも１つの部分でのレーザパルス幅より長くすることができる。
【００７３】
いずれかまたはすべての実施形態では、ＰＭファイバは遅延発生器として構成することができ、ＰＭファイバは能動および受動ファイバの１つまたは両方を備える。
【００７４】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体は直交する偏光状態を有するレーザパルス列を増幅することができ、偏光状態によってラマンシフトを発生することができる。
【００７５】
いずれかまたはすべての実施形態では任意選択で、レーザ増幅器内で、直交する偏光状態によってラマン・ソリトンを発生することができる。
【００７６】
いずれかまたはすべての実施形態では、シード・レーザは、少なくとも数ｎｍの対応するスペクトル帯域幅を有して、約１００ｆｓから数ｐｓの範囲のパルス幅を生じることができる。
【００７７】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体の少なくとも一部分は、少なくとも約１５μｍのコア直径を有するＹｂ／Ｅｒ共添加ダブルクラッド・ファイバを備えた大モード面積ファイバを含むことができる。
【００７８】
いずれかまたはすべての実施形態では、偏光スプリッタおよび遅延発生器は、媒体内のパルス持続時間より大きな遅延を導入することができる。
【００７９】
いずれかまたはすべての実施形態では、コンバイナの少なくとも一部分は、相互的動作のために偏光スプリッタおよび遅延発生器の同一の構成要素を用いて構成することができる。
【００８０】
いずれかまたはすべての実施形態では、増加されたピーク電力を有する出力パルスは、シード源によって発生されたパルスの時間的形状と同様なパルスの時間的形状を有することができる。
【００８１】
いずれかまたはすべての実施形態では、時間分離されたパルスのそれぞれのピーク電力およびエネルギーは、媒体内の伝播時および媒体から出力されたときにパルスのかなりの歪みを避けるために十分に低くすることができる。
【００８２】
いずれかまたはすべての実施形態では、遅延発生器によって１対の時間分離されたパルスを発生することができる。
【００８３】
少なくとも１つの実施形態は、パルスレーザシステムを含む。システムは、パルスを発生するためのシード源を含む。偏光スプリッタは、シード源からのパルスを異なる偏光状態に分割し、それによって偏光分割されたパルスを形成する。遅延発生器は、偏光分割されたパルスを受け取り、時間分離されたパルスを発生し、各パルスは異なる偏光状態を有する。システムは、異なる偏光状態を有する時間分離されたパルスが伝播する媒体を含み、時間分離されたパルスのそれぞれのピーク電力およびエネルギーは媒体からのパルス出力のかなりの歪みを避けるために十分に低い。時間分離されたパルスの電力は、媒体内で結合されたならば媒体の非線形閾値を超えることになる。媒体の下流側に配置されたバルク、固体増幅器は、それから時間分離されたパルスを受け取り、増幅された時間分離されたパルスを発生する。システムは、バルク、固体増幅器から増幅された時間分離されたパルスを受け取り、増幅された時間分離されたパルスを実質的に再結合して、増加されたピーク電力を有する出力パルスを形成するコンバイナを含む。
【００８４】
いずれかまたはすべての実施形態では、偏光スプリッタおよび遅延発生器の両方を、ＰＭ保持ファイバを用いて構成することができる。
【００８５】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体はＰＭ光ファイバを含むことができ、偏光スプリッタおよび遅延発生器は媒体と一体とすることができる。
【００８６】
いずれかまたはすべての実施形態では、媒体は少なくとも１つの増幅器ファイバを含むことができる。
【００８７】
いずれかまたはすべての実施形態では、少なくとも１つの増幅器ファイバは、単一モードの、偏波保存ファイバを含むことができる。
【００８８】
いずれかまたはすべての実施形態では、少なくとも１つの増幅器ファイバは、実質的に基本モード出力を供給することができるマルチモード増幅器ファイバ、漏洩チャネル増幅器ファイバ、フォトニック結晶増幅器ファイバ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００８９】
いずれかまたはすべての実施形態では、少なくとも１つの増幅器ファイバは、ラマン・ソリトンを発生することができる。
【００９０】
いずれかまたはすべての実施形態では、偏光スプリッタ、遅延発生器、および媒体は、バルク光学部品を含まず、光ファイバを含むことができる。
【００９１】
いずれかまたはすべての実施形態では、遅延発生器によって１対の時間分離されたパルスを発生することができる。
【００９２】
少なくとも１つの実施形態は、パルスレーザシステムを含む。システムは、パルスを発生するためのシード源を含む。偏光スプリッタは、シード源からのパルスを異なる偏光状態に分割し、それによって偏光分割されたパルスを形成する。遅延発生器は、偏光分割されたパルスを受け取り、時間分離されたパルスを発生し、各パルスは異なる偏光状態を有する。システムは、異なる偏光状態を有する時間分離されたパルスが伝播する光増幅器を含み、時間分離されたパルスのそれぞれのピーク電力およびエネルギーは光増幅器からのパルス出力のかなりの歪みを避けるために十分に低い。時間分離されたパルスの電力は、光増幅器内で結合されたならば光増幅器の利得媒体の非線形閾値を超えることになる。光増幅器は増幅器出力として、増幅された時間分離されたパルスを発生する。システムは、光増幅器から増幅された時間分離されたパルスを受け取り、増幅された時間分離されたパルスを実質的に再結合して、増加されたピーク電力を有する出力パルスを形成するコンバイナを含む。
【００９３】
いずれかまたはすべての実施形態では、光増幅器は少なくとも１つのファイバ増幅器を含むことができる。
【００９４】
いずれかまたはすべての実施形態では、光増幅器は、実質的に基本モード出力を供給することができるマルチモード・ファイバ増幅器（ＭＭＦＡ）、漏洩チャネル・ファイバ増幅器（ＬＣＦ）、フォトニック結晶ファイバ増幅器（ＰＣＦ）、またはそれらの組み合わせの１つまたは複数として構成された大型コア増幅器を含むことができる。
【００９５】
いずれかまたはすべての実施形態では、光増幅器とコンバイナの間にバルク固体増幅器を配置することができる。
【００９６】
いずれかまたはすべての実施形態では、増加されたピーク電力を有する出力パルスは、シード源によって発生されたパルスの時間的形状と同様なパルスの時間的形状を有することができる。
【００９７】
いずれかまたはすべての実施形態では、それぞれの時間分離されたパルスのピーク電力およびエネルギーは、媒体内の伝播時および媒体から出力されたときにパルスのかなりの歪みを避けるために十分に低くすることができる。
【００９８】
いずれかまたはすべての実施形態では、遅延発生器によって１対の時間分離されたパルスを発生することができる。
【００９９】
少なくとも１つの実施形態は、パルスレーザシステムを含む。システムは、時間分離されたパルスを供給する入力を含み、各パルスは異なる偏光状態を有する。システムは、時間分離されたパルスが伝播する媒体を含み、時間分離されたパルスのそれぞれのピーク電力およびエネルギーは媒体からのパルス出力のかなりの歪みを避けるために十分に低い。システムはさらに、時間分離されたパルスが別々の光路を伝播しそれによって時間分離されたパルスの同期をもたらすように構成される。
【０１００】
いずれかまたはすべての実施形態では、第１の光路内に波長変換器を配置することができ、媒体から第１のパルスを受け取り、媒体からの第１のパルスの波長を第１の変換された波長に変換する。
【０１０１】
いずれかまたはすべての実施形態では、第２の光路内に第２の波長変換器を配置することができ、媒体から第２のパルスを受け取り、媒体からの第２のパルスの波長を第２の変換された波長に変換する。
【０１０２】
いずれかまたはすべての実施形態では、入力は、利得媒体内にほぼすべてファイバの構成部品を備えバルク光学部品を備えない利得媒体を含むことができる。
【０１０３】
いずれかまたはすべての実施形態では、入力は遅延発生器を含むことができ、遅延発生器の少なくとも一部分はバルク光学系を含むことができる。
【０１０４】
いずれかまたはすべての実施形態では、バルク光学系は１対のプリズム形状の複屈折性結晶を含むことができ、プリズム形状の結晶の一方または両方の厚さおよび／または相対位置が調整可能な遅延をもたらす。
【０１０５】
少なくとも１つの実施形態は、パルスレーザシステムを含む。システムは、時間分離されたパルスを発生する手段を含み、各パルスは異なる偏光状態を有する。システムは、複数の時間分離されたパルスが伝播する媒体を含み、時間分離されたパルスのそれぞれのピーク電力およびエネルギーは媒体からのパルス出力のかなりの歪みを避けるために十分に低く、システムは時間分離されたパルスが別々の光路を伝播しそれによって時間分離されたパルスの同期をもたらすように構成される。
【０１０６】
いずれかまたはすべての実施形態では、発生する手段および、媒体の少なくとも一部分は、光ファイバを含むことができ、バルク光学部品を含まない。
【０１０７】
いずれかまたはすべての実施形態では、時間分離されたパルスの電力は、媒体内で結合されたならば、媒体の非線形閾値を超え得る。
【０１０８】
いずれかまたはすべての実施形態では、増加されたピーク電力を有する出力パルスは、シード源によって発生されたパルスの時間的形状と同様なパルスの時間的形状を有することができる。
【０１０９】
いずれかまたはすべての実施形態では、それぞれの時間分離されたパルスのピーク電力およびエネルギーは、媒体内の伝播時および媒体から出力されたときにパルスのかなりの歪みを避けるために十分に低くすることができる。
【０１１０】
このように、本明細書ではいくつかの実施形態のみについて具体的に述べてきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、それらに数多くの変更を行えることが明らかであろう。さらに頭字語の使用は、単に本明細書および特許請求の範囲を読みやすくするためである。これらの頭字語は用語の一般性を減じることを意図するものでないことが理解されるべきであり、請求項の範囲をそれらに記載された実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。
【図１ａ】
2014522097.tif 000003
【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2014522097.tif 000014
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