(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが所定スペクトル幅を有する所定中心周波数（fk）のビームの放射に適した基本光源（101-k）であるN個の基本光源（101-1，101-2，．．．，101-N；N≧２）のセットと、
同一光ビーム内のN個の前記基本光源の全ての前記周波数（fk）をグループ化するマルチスペクトル入射ビーム（Bin）を形成すべく、前記各基本光源（101-k）により放射された前記ビームを結合する光結合器（１２）と、
それぞれが、前記各基本光源の前記放射周波数の全てをグループ化する、第１ビーム（B1）および第２ビーム（B2）を前記入射ビーム（Bin）から形成するビームスプリッタ（１５）と、
前記第１ビーム（B1）から第１周波数（Fj）の第３ビーム（B3）を選択する第１可変フィルタ（１６）と、
前記第２ビーム（B2）から第２周波数（FL）の第４ビーム（B4）を選択する第２可変フィルタ（１７）と、
前記第１周波数（Fj）の前記第３ビーム（B3）から前記第１周波数（Fj）の二倍の周波数（F2j）を有する第５ビーム（B5）を発生する非線形周波数倍化クリスタル（１８）と、
前記非線形周波数倍化クリスタル（１８）から来る前記第５ビーム（B5）と前記第２周波数（FL）の前記第４ビーム（B4）とから、前記第１周波数の二倍の周波数（F2j）と前記第２周波数（FL）との合計と等しい周波数（F2j+L）を有するビーム（Bout）を発生する非線形和周波発生クリスタル（１９）と
を含む周波数可変レーザ光源。
【請求項２】
前記各基本光源（101-k）がレーザダイオード、固体レーザまたは、ファイバレーザである、請求項１に記載の周波数可変レーザ光源。
【請求項３】
前記基本光源（101-k）の少なくとも１つが可変スペクトル帯（δfk）を有する、請求項１または２に記載の周波数可変レーザ光源。
【請求項４】
前記各基本光源（101-k）はそれぞれ可変スペクトル帯（δfk）を有し、隣接した中心周波数を有する２つの基本光源の前記各中心周波数（fk，fk+1）間の差（Δfk）は前記各基本光源の前記スペクトル可変領域（δfk）より高い、請求項３に記載の周波数可変レーザ光源。
【請求項５】
前記隣接した中心周波数を有する２つの基本光源の各中心周波数（fk，fk+1）間の差（Δfk）は前記各基本光源の前記スペクトル幅より大きい、請求項１から４のいずれかに記載の周波数可変レーザ光源。
【請求項６】
前記入射ビーム（Bin）を増幅する増幅器（１４）をさらに含んでいる、請求項１から５のいずれかに記載の周波数可変レーザ光源。
【請求項７】
完全にまたは部分的にファイバレーザ光源である、請求項１から６のいずれかに記載の周波数可変レーザ光源。
【請求項８】
前記非線形周波数倍化クリスタル（１８）または前記非線形和周波発生クリスタル（１９）のいずれか一つにおいて前記結合を最適化する少なくとも１つの制御モジュール（１１、１３）をさらに含んでいる、請求項１から７のいずれかに記載の周波数可変レーザ光源。
【請求項９】
前記各非線形クリスタルの温度制御システムをさらに含んでいる、請求項１から８のいずれかに記載の周波数可変レーザ光源。
【請求項１０】
基本光源（101-k）セットで放射した各ビームから前記同一光ビーム内のN個の前記基本光源の全ての前記周波数（fk）をグループ化するマルチスペクトル入射ビーム（Bin）を発生することと、
前記入射ビーム（Bin）を、それぞれが前記各基本光源の前記放射周波数の全てをグループ化している第１ビーム（B1）および第２ビーム（B2）に分割することと、
第１可変フィルタ（１６）を用いて前記第１ビーム（B1）から第１周波数（f j）の第３ビーム（B３）を選択することと、
第２可変フィルタ（１７）を用いて前記第２ビーム（B2）から第２周波数（f L）の第４ビーム（B4）を選択することと、
非線形周波数倍化クリスタル（１８）を用いて前記第１周波数（f j）の前記第３ビーム（B３）から前記第１周波数（f j）の二倍の周波数（f 2j）を有する第５ビーム（B5）を発生することと、
非線形和周波発生クリスタル（１９）を用いて、前記非線形周波数倍化クリスタル（１８）から来る前記第５ビーム（B5）と前記第２周波数（f L）の前記第４ビーム（B4）とから前記第１周波数の二倍の周波数と前記第２周波数との合計と等しい周波数（f 2j+ L）を有するビーム（Bout）を発生することと
を含む周波数可変レーザビームの放射方法。
【請求項１１】
前記マルチスペクトル入射ビーム（Bin）を前記増幅することを含んでいる、請求項１０に記載の可変レーザビームの放射方法。
【請求項１２】
前記各基本光源から来る前記各ビームの放射は連続している、請求項１０または１１に記載の可変レーザビームの放射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は周波数可変レーザ光源、特に可視領域および紫外線領域における周波数可変レーザ光源および、周波数可変レーザビームの放射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常400nmと800nmの間における可視領域で放射するレーザ光源は、生物医学、分光学、遠隔レーザ検知、原子物理学、化学分析などまたは蛍光光度法や海洋ホログラフィをも含む分野において多く応用されている。市販されている上記スペクトル領域の光源には、例えば、実際には大容量のまたは利用の難しい色素レーザ、アルゴンレーザ、ヘリウムネオンレーザ、あるいはこの波長領域では低出力のレーザダイオードを含む。
【０００３】
この波長領域において小型で強力な光源を得るためには、例えば、非線形周波数倍化または三倍クリスタルなどに連結した赤外領域における強力なレーザダイオードを利用することも知られている。一例がP. Polynkinらによる “Laser Transmitter Undersea Communications using Third Harmonic Generation of Fiber-Laser System at 1.58μm”、IEEE Photonics Technology Letters、19巻、17号、2007年9月の論文に掲載されている。この論文は、第一周波数倍化クリスタルと第二和周波クリスタルの２段クリスタルに連結した、1.5μmの光源の利用に基づいた可視領域におけるレーザ光源を提示している。
【０００４】
いくつかの応用例、具体的には生物医学分野、遠隔レーザ検知および分光学、または原子冷却への利用などの原子物理学においては可視領域における可変光源、つまり所定波長領域にわたって変更可能な放射波長を有する光源が求められている。
【０００５】
レーザ光源の中心放射周波数まわりでの波長可変性（つまり、周波数可変性）は、一般にレーザ放射周波数を支配する１つ以上の内部パラメータを変更することによって得られる。レーザダイオードの場合、これらのパラメータは温度またはレーザダイオードに与えた注入電流であってもよい。
【０００６】
しかしながら、レーザダイオードの内部パラメータを変更することによって得られる波長範囲は、中心波長が1.5μmでは約0.15nmである。このため、例えば、通常は各非線形クリスタルのスペクトル受容性に対応する5nmの可変性域をカバーするためには３０を超えるレーザダイオードが必要となる。この場合システムは複雑となり、結果として大して小型とはならない。
【０００７】
波長可変性は拡張キャビティとも呼ばれる外部キャビティを使用することによっても得ることができる。この構成では、レーザダイオードの各面のうちの一つに反射防止処理が施されている。反射防止面から放射された光はレーザキャビティの第１の鏡を形成している外部リフレクタによりダイオード内で再び結合され、キャビティの他の鏡は反射防止処理が施された面と対向するレーザダイオードの（反射防止処理が施されていない）面で形成されている。反射防止処理が施されていない面のために反射されない光は、キャビティの外へ放射されて有用なレーザビームを形成する。このような装置を利用して周波数可変な放射を得るためには、波長を選択可能な外部リフレクタを使用し、その選択範囲は例えば、外部リフレクタ上での入射角の関数として変化する。このような市販のシステムは、100nmを超えるスペクトル帯にわたって連続可変な放射を得ることを可能にする。それにも関わらず、このような性能は組み立ての際に非常に高精度の調整、また装置の非常に優れた力学的安定性が必要となる。
【０００８】
本発明は、高光出力（通常、数百mW）を有するビームを放射するために、環境に対しまたは可視領域内を含む使用状態に対して低感度を有する、小型の可変レーザ光源を提案する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第一の態様によれば、本発明は、それぞれが所定スペクトル幅を有する所定中心周波数のビームの放射に適した基本光源であるN個の基本光源、ただしNは２以上である、を１セットと、
同一光ビーム内のN個の基本光源の全ての周波数をグループ化するマルチスペクトル入射ビームを形成すべく、各基本光源により放射されたビームを結合する光結合器と、
それぞれが、各基本光源の放射周波数の全てをグループ化する、第１ビームおよび第２ビームを入射ビームから形成するビームスプリッタと、
第１ビームから第１周波数の第３ビームを選択する第１可変フィルタと、
第２ビームから第２周波数の第４ビームを選択する第２可変フィルタと、
第１周波数の第３ビームから第１周波数の二倍の周波数を有する第５ビームを発生する非線形周波数倍化クリスタルと、
非線形周波数倍化クリスタルから来る第５ビームと第２周波数の第４ビームとから、第１周波数の二倍の周波数と第２周波数との合計と等しい周波数を有するビームを発生する非線形和周波発生クリスタルと
を含む周波数可変レーザ光源に関する。
【００１０】
このような可変光源は、限られた数の基本光源を用いた広いスペクトル領域へアクセス可能にするという利点がある。限られた数の基本光源のおかげで得られた光源は小型でほとんど場所を取らない。
【００１１】
一つ以上の実施例によれば、各基本光源はレーザダイオード、固体レーザまたは、ファイバレーザでもよい。具体的に、レーザダイオードはほとんど場所を取らず経済的である。ファイバレーザは強力であり、より広い範囲の可変性を有する。
【００１２】
一つ以上の実施例によれば、基本光源のそれぞれが可変スペクトル帯を有する。各基本光源のそれぞれの可変性は、各基本光源の中心放射周波数を変更可能とし、これにより光源全体としての可変性の向上を可能にする。
【００１３】
一つ以上の実施例によれば、隣接した中心周波数を有する２つの基本光源の各中心周波数間の各差は各基本光源のそれぞれの可変スペクトル帯より大きい。この構成は、レーザ光源の可変スペクトル領域を広げることを可能にする。
【００１４】
一つ以上の実施例によれば、隣接した中心周波数を有する２つの基本光源の各中心周波数間の各差は各基本光源のそれぞれのスペクトル幅より大きい。この場合においてもレーザ光源の可変スペクトル領域が広がる。一つ以上の態様によれば、周波数可変レーザ光源は入射ビームを増幅する増幅器を含んでいる。
【００１５】
一つ以上の態様によれば、周波数可変レーザ光源は完全または部分的にファイバレーザ光源である。このため、光源は光学的誤動作に対して低感度であり、容易に移動または搭載システムに使用できる。
【００１６】
一つ以上の例によれば、周波数可変レーザ光源は非線形周波数倍化クリスタルと非線形和周波発生クリスタルのいずれか一つにおける結合の最適化に適した少なくとも１つの制御モジュールを含んでいる。このため、可変光源の放射は、可変レーザ光源の下流での要求を関数として最適化される。
【００１７】
一つ以上の例によれば、周波数可変レーザ光源は各非線形クリスタルの温度制御システムを含んでいる。このシステムは、光学フィルタの選択性に応じてバンド幅を調節することによってクリスタルの出力および作用の最適化を可能にする。
【００１８】
第二の態様によれば、本発明は、基本光源セットで放射した各ビームから先の基本光源の全ての放射周波数をグループ化するマルチスペクトル入射ビームを発生することと、
入射ビームを、それぞれが先の各基本光源の放射周波数の全てをグループ化している第１ビームおよび第２ビームに分割することと、
第１可変フィルタを用いて第１ビームから第１周波数の第３ビームを選択することと、
第２可変フィルタを用いて第２ビームから第２周波数の第４ビームを選択することと、
非線形周波数倍化クリスタルを用いて第１周波数の第３ビームから第１周波数の二倍の周波数を有する第５ビームを発生することと、
非線形和周波発生クリスタルを用いて、非線形周波数倍化クリスタルから来る第５ビームと第２周波数の第４ビームとから第１周波数の二倍の周波数と第２周波数との合計と等しい周波数を有するビームを発生することと
を含む周波数可変レーザビームの放射方法に関する。
【００１９】
一つ以上の実施例によれば、レーザ放射は連続している。
【００２０】
本発明の他の利点および目的の特徴は以下の図面に示す説明を読むことにより明らかになる。各図における、同一要素には同一符号を付している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１Ａおよび１Ｂは、本発明の一例による周波数可変レーザ光源およびマルチスペクトル入射ビームを発生させる装置の一例を示す。
【図２】図２は、本発明の一例による放方法を用いてアクセス可能な周波数を示す表である。
【図３】図３Ａおよび３Ｂは、本発明の二つの例による放射方法を用いてアクセス可能な周波数の理論的スペクトルを表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、本発明の一実施例による周波数可変レーザ光源と、基本光源セットを用いてマルチスペクトル入射ビームを放射する装置を示す。
【００２３】
図１Ａに示す周波数可変レーザ光源は、マルチスペクトル入射ビームを照射する装置１０、光増幅器１４、ビームスプリッタ１５、第１可変光フィルタ１６、第２可変光フィルタ１７、周波数倍化クリスタル１８またはSHG（Second Harmonic Generation、第二高周波発生、の略）クリスタルおよび和周波発生クリスタル１９またはSFG（Sum-Frequency Generation、和周波発生、の略）クリスタルを含んでいる。
【００２４】
マルチスペクトル入射ビームBinの放射装置１０の一実施例を図１Ｂに示す。この装置は、N個の基本光源101-1，101-2，．．．，101-N、ただしNは２以上、を含み、各基本光源101-kは、所定スペクトル幅の所定中心周波数fkを有し、隣接周波数を有する２つの基本光源の各中心周波数fkおよびfk+1間が差Δfkを有するレーザビームの放射に適している。装置１０は、全基本光源から放射されたレーザビームから、そのスペクトルが各基本光源の各スペクトルの結合によって形成された単一入射ビームBinを形成するための光結合器１２も含んでいる。これは例えば、Optospan（商標登録）社から販売されているような波長マルチプレクサである。このような光結合器１２は分極を維持するという長所を有することができる。
【００２５】
一つの変形例によれば、各基本光源101-kは所定の周波数領域δfkにわたって可変である。
【００２６】
一つの変形例によれば、各基本光源はエルビウムファイバレーザなどのファイバレーザ、Nd:YAGレーザまたはNd:GAGGレーザなどの固体レーザ、またはレーザダイオードである。各光源は例えば、1.5μm辺りまたは1μm辺りの一つの帯域で連続してまたはパルス放射することができる。通常、ファイバレーザはレーザダイオードより可変性が高く、これにより各基本光源の中心放射周波数を変化させることを可能にし、さらに光源全体の可変性を向上させることを可能にする。例えば、エルビウムファイバレーザの波長可変性は約1000pmでありレーザの温度を30°C変化させるところ、レーザダイオードの可変性はその約1/5から1/10、例えば150pmでありダイオードの温度を10°C変化させる。一方、レーザダイオードは小型であるという利点がある。実際に、レーザダイオードの体積は数cm3程度で重さは100g未満であるところ、ファイバレーザの幅は約50cmで重さは約7kgである。光増幅器１４は必要な光出力を供給するために、例えば、バンド幅が約1.5μmにはエルビウム添加ファイバ増幅器またはバンド幅が約1μmにはイッテルビウムファイバ増幅器でマルチスペクトル入射ビームBinの増幅を可能にする。光増幅器は、広いスペクトル受容性を有すること；このため単一部品でマルチスペクトル入射ビームの増幅に使用できること；上記以外のスペクトル帯をカバーするために各基本光源を修正する際に同一部品も使用することもできる、という利点がある。光増幅器１４は、分極を維持する利点を提供できる。
【００２７】
またマルチスペクトル入射ビームの光出力が各クリスタルにおいて非線形機構を発生するために十分、通常約0.5ワット、であれば光増幅器を省略できる。
【００２８】
本発明の装置が自由空間で動作している場合、下記にて説明するように、ファイバを用いた形態で装置が動作している場合よりより大きな光出力を有するマルチスペクトル入射ビームを使用できる。実際、現在市販されているファイバと非線形クリスタルとの間での接続は、高い光出力に対して耐久性が低い。
【００２９】
可変レーザの放射方法の一例を図１Ａに示す。
必要であれば増幅器１４による増幅の後、マルチスペクトル入射ビームBinをビームスプリッタ１５で第１ビームB1と第２ビームB2の２つのビームに分割する。各チャンネルでの光出力の比は、可変レーザ光源１の下流で必要な出力を関数として最適化できる。第１および第２光ビームのそれぞれは、基本光源の全放射波長をマルチスペクトル入射ビームBinとして再グループ化する。
【００３０】
マルチスペクトル入射ビームのスペクトルの周波数から選択した第１周波数Fjの第３光ビームB3を形成するために、第１ビームB1は第１可変光ファイバ１６へ送られる。マルチスペクトル入射ビームのスペクトルの周波数から同様に選択した第２周波数FLの第４光ビームB4を形成するために、第２ビームB2は第２可変光ファイバ１７へ送られる。第３と第４ビームの第１と第２周波数Fj，FLが完全に独立して選択可能なかたちで、２つの可変光ファイバは同時にだが互いに独立して作用する。より良好な出力の恩恵を受けるために、第３と第４ビームの第１と第２周波数FjおよびFLは、２つの基本レーザ光源の一つと他の各中心周波数と等しくても良い。
【００３１】
各可変光フィルタ１６、１７は、ファブリペロー共振器、連続周波数可変光ネットワーク、または、例えば、IDIL Products（登録商標）から販売されている、スペクトル領域が40nmにおける分解能が0.1nmで1550nm程度の波長をフィルタリングでき、分極を維持したまま連続可変な光フィルタであっても良い。可変光フィルタ１６、１７は、JDSU（登録商標）から販売されているような分解能が0.2nmで1520と1630nmの間の波長をフィルタリングできるフィルタである、マルチアプリケーション可変光フィルタでもよい。これらの光フィルタは分極を維持するという利点がある。
【００３２】
第１周波数Fjの第３ビームB3は、Fjの二倍である周波数F2jを有するビームB5を発生するための非線形周波数倍化クリスタル１８内で結合している。上流に配置した第１可変光フィルタ１６を変化させることにより、非線形周波数倍化クリスタルによって許容されているバンド幅内で、入射ビームが取り得る各周波数Fjのそれぞれの高周波2*Fjを連続して生成することが可能である。このため、例えば、2*Fjは2*f1，2*f2．．．2*fNの値をとることができ、ここでf1，f2，．．．，fNは各基本光源の中心放射周波数である。一つの変形例によれば、周波数Fjでの残留放射を切り取るために倍化クリスタル１８の出力点には適切な光フィルタ（図１Ａには図示せず）が配置されている。
【００３３】
第１非線形クリスタル１８を通過しなかった第２周波数FLでの第４ビームB4は、周波数F2jとFLの和を得るために非線形和周波発生クリスタル１９において周波数F2j=2*FjのビームB5と結合しており、結果として周波数F2j+LがF2j+ FLに等しい出力ビームBoutが得られる。上記と同様に、また第１可変光フィルタの調節から独立して、上流に配置されている第２可変光フィルタ１７を非線形和周波発生クリスタルで許容されるバンド幅の範囲内で調節することにより、入射ビームBiが取り得る周波数FkのそれぞれについてF2j+Lで表す高波長（2*Fj+FL）のセットを連続して発生させることができる。例えば、f2j+Lは、2*fj+f1、2*fj+f2，．．．，2*fj+fk，．．．2*f1+fNの値を取ることができる。第２非線形クリスタル１８から来る、それぞれが周波数2*FjおよびFLを有する各残留ビームを使用しまたはフィルタに通すことができる。
【００３４】
倍化および和周波発生のための各クリスタル１８，１９は、例えば、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）クリスタルである。例として、周期分極反転構造（またはPPKTP）で使用されているチタンリン酸カリウムまたは、放射方法が紫外線領域内で適用されるならBBO（ベータホウ酸バリウム）またはLBO（三ホウ酸リチウム）などの既知の方法で他のクリスタルを使用できる。
【００３５】
一つの変形例によれば、非線形クリスタル１９、１８の少なくとも一つにおける結合をそれぞれ最適化するために、可変レーザ光源は制御モジュール１１および／または１３（図１Ａにおいて破線で示す）を含むことができる。このため、制御モジュール１１は、非線形和周波発生クリスタル１９における結合を最適化することを考慮して、可変レーザ光源の下流で必要な特性の関数として第４ビームB4のパラメータを制御可能にする。これらのパラメータは、幾何学的、分極および／または出力パラメータでもよい。クリスタル１８を介した倍化効率を最適化するために、第３ビームB3のパラメータを制御する制御モジュール１３を取り付けてもよい。このように、第４ビームB4と第３ビームB3の各パラメータを制御すべく、可変レーザ光源は２つの制御モジュールを含むことができる。制御モジュールは、分極を維持するという利点を提供できる。
【００３６】
可変レーザ光源の出力点での出力は、周波数Fjでの第１可変フィルタ１６の出力点で最大光出力および周波数FLでの第２可変フィルタ１７の出力点で最大光出力を送るように各光フィルタの選択を調整することにより最適化もできる。１つおよび／または他の非線形クリスタルの温度制御も、「第二高調波発生」および「和周波発生」処理により非線形変換効果を最適化すべく行うことができ、これらにより各非線形クリスタルの出力および動作の最適化を確実にする。
【００３７】
上述の周波数可変レーザ光源は、具体的に、マルチスペクトル入射ビームに含まれているN個の異なる中心周波数fk（Nは2以上）を組み合わせることにより、周波数（2*fj+fl）で発振するN2本の光ビームを発生できる。中心周波数は、例えば、Ｃバンド内またはLバンド内のスペクトル領域内にあって、可視領域（480nmと540nmの間）内の周波数を発生する結果をもたらし、これにより従来の周波数三倍化処理により、つまり、分割または可変光フィルタを用いることなく各非線形クリスタルの上流にあるレーザ光源を単に置換することにより、これらの一部の周波数を得ることができる。
【００３８】
図２に示す表は、２つの可変光フィルタを用いて、マルチスペクトル入射ビームに含まれているN個の中心放射周波数を選択することでN個の基本光源で発生できるN2個の周波数のマトリックスを示す。これらN2個の周波数のうち、対角線上の要素２０４（背景が点々の要素）と非対角線上の要素２０２（背景が白の要素）がある。この表の対角線上の要素２０４は周波数3*fk、つまり、可変光ファイバがfj=fLとなるように調節されているときに対応する。非対角線上の要素２０２は、fLとは異なるfjについての新規の周波数（2*fj+fL）に対応し、これらの周波数は従来技術による周波数三倍化処理では得ることができない。
【００３９】
このようにして得た可変レーザ光源の周波数可変領域は、使用している基本光源の数、101-1から101-Nまでの各基本光源の放射の中心周波数（または中心波長）、各基本光源それぞれに固有の可変性δfkおよび基本光源の中心周波数間の差Δfkを含む一定数のパラメータに依存する。このため、一定数の基本光源に関し、多様な間隔を有する中心周波数を有する基本光源を選択することにより、各周波数間の連続性が良好だがより狭い周波数領域を有する、あるいはその逆の可変スペクトルを促進できる。波長可変性領域は使用している２つの非線形クリスタルのバンド幅にも制限されている。一方、増幅器のおよび光結合器の可変光フィルタの各バンド幅は、非線形クリスタルのバンド幅よりかなり大きいため、一般に制限要因とはならない。
【００４０】
実際に、例えば、非線形クリスタルを介して可視領域または紫外線領域内における可視周波数Fuを有するビームを生成したいと望んでも、既知の非線形処理でFuを取得可能にする中心周波数がfp=1/3*Fuのレーザ光源は存在しない。本発明による方法を適用することにより、周波数Fuと（2*fj+fL）とを等しくする各周波数がfjおよびfLである、少なくとも２つの基本光源を含む一つの基本光源セットを選択できる。
【００４１】
加えて周波数Fuのセットを交互に（連続してまたはランダムに）生成したいと望むなら、本発明の装置および方法を使用することで、実験装置の各基本光源を変えることなく、むしろ例えば、各フィルタ１６および１７と各クリスタル１８および１９の作動係数の単純な調節により、可変光源から来るビームの周波数Fuを変えることが可能である。
【００４２】
基本光源の中心周波数間の選択した差Δfkによっては、所定数の基本光源に関し、所定周波数領域にわたる連続したまたはほぼ連続したハーモニック周波スペクトルを取得すること、あるいは、より広い周波数領域にわたって広がる異なる周波数のスペクトルを取得することのいずれかを選択できる。中心周波数間の差と基本レーザ光源の数はユーザの要求に応じて下流で決まる。一方が他方に続く２つの中心周波数fkとfk+1との間の差は、各基本光源対の全てについて等しくてもあるいは異なっていてもよい。図３Ａおよび３Ｂは、このようにして可変光源を用いて得た２つの理論的スペクトルの一例を示す。横軸はTHzを単位にした周波数を示し、もう一方の縦軸は例えば図１Ａに示す装置を用いてjを1からNまで、Lを1からNまで、変動させることで2*fj+ fLに等しい所定周波数が取得可能な組み合わせの数を示す。図３Ａおよび３Ｂの例では、各レーザ光源の中心周波数からマルチスペクトル入射ビームに含まれている周波数を可変レーザ光源３６の出力点で得られるようにN=6である。
【００４３】
従って、例えば、図３Ａには本発明による装置および方法による６つの基本光源から可視領域にある２６の異なる周波数を得るために可能な３６の組み合わせを示す。この例では、IRで使用している６つの基本光源のうち最低周波数は約194,000THzで、最高周波数は約194.460THzであり、これはIRに広がる0.46THzに対応する。各中心周波数とこれらの間の周波数差は、582THzと583.4THzの間の、すなわち1.4THzに広がるほとんど連続した可視スペクトルを生成するように選択される。図３Ａにおいて、2*fj+fL.型のいくつかの組み合わせを有する特定の可視周波数を生成できることに気づかれたい。例えば、周波数582.2THzは３つの異なる組み合わせで得ることができる。
【００４４】
図３Ｂは図３Ａの場合と同様に本発明による装置および方法により、６つの異なる赤外線基本光源を用いて発生させたスペクトルの第２の例を示す。先の例と同様に、IRで使用している最低周波数は約194.000THzである。今回、最高周波数は195.000THzと等しい、または赤外線領域における最大差が1.000THzである。上記の２つの極値間にあるこの例に関連する他の４つの基本放射は、光スペクトルの緑色部、つまり582.000THzと585.000THzとの間、における異なる放射のうち最大のものを得るように選択される。図３Ｂにおいて、特定可視周波数を2*fj+fL型のいくつかの組み合わせと合成できることに気づかれたい。
【００４５】
合成する周波数に関する必要性に応じて、増幅前の初期基本光源の数、各基本光源の中心周波数または各光源のそれぞれの周波数との間の間隔を増加／減少させることができる。
【００４６】
したがって、可変光源の出力点での出力ビームBoutは、例えば、赤外線領域内の周波数を有する入射マルチスペクトルビームから出発した緑色部での周波数を有することができ；また可変光源のアウトプットでの出力ビームBoutは、例えば1200nmと1300nmの間の周波数を有する入射ビームから出発した紫外線領域内での周波数を有することもできる。
【００４７】
一つの実施例として、中心周波数1.495μmと1.497μmを有するレーザダイオードなどの２つの基本光源を使用している、本発明による可変レーザ光源の例を考慮する。この場合、周波数倍化クリスタルのアウトプットでの５番目のビームB5は、入射ビームの第二高周波、つまり赤色部での放射に対応する。したがって出力ビームBoutで得られる周波数は緑色／青色にあり、各基本光源の中心周波数にある可変フィルタで制限する場合、４つの値、具体的にマルチスペクトル入射ビームに含まれている498.33nm，498.55nm，498.77nmおよび499nmを取ることができる。さらに、和周波発生クリスタルのアウトプットでの残留ビームは赤外線および赤色領域にある。
【００４８】
ここで中心周波数1.03μmと1.04μmを有するレーザダイオードなどの２つの基本光源を使用している、本発明による可変レーザ光源の例を考慮する。この場合、周波数倍化クリスタルのアウトプットでの５番目のビームB5は、入射ビームの第二高周波、つまり緑色部での放射に対応する。したがって出力ビームBoutで得られる周波数は紫色領域にあり、各基本光源の中心周波数に同調可能な可変光ファイバで制限する場合、４つの値、具体的にマルチスペクトル入射ビームに含まれている343.33nm，344.44nm，345.55nmおよび346.66nmを取ることができる。さらに、和周波発生クリスタルのアウトプットでの残留ビームは赤外線および赤色領域にある。
【００４９】
一つの変形例によれば、本発明による可変レーザ光源のマルチスペクトル入射ビームの放射装置は、分子吸収線上の周波数制御またはファブリペロー共振器を介した「標準的な」干渉分光法技術などの既知の技術により上流で安定化できる。レーザ放射装置を安定化させることにより可変光源の放射が安定する。
【００５０】
本発明による可変レーザ光源は、自由空間における伝搬モード、ファイバ伝搬モードまたは混合モードで動作できる。ファイバ伝搬モードは、非常に良い力学的安定性を提供し、可変レーザ光源の光学的配列の維持を可能にする。これは、本発明による可変光源を実施するために必要な構成要素の全てが、ファイバ光源、基本レーザ光源、光増幅器、光学フィルタ、結合器のみならず非線形クリスタルであっても良い要素であるという事実により可能となる。このため、図１Ａおよび１Ｂに示す装置はファイバモードで動作できる。
【００５１】
特定数の詳細な実施例を用いて説明したが、本発明による方法および周波数可変光源は、当業者に明白な方法で明らかとなる他の変形例、変更例および改良例を含む。これらの他の変形例、変更例および改良例は、後述の請求項に定義したように本発明の目的の範囲の一部であることを理解されたい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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