(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間的に間隔をおいた光パルスを生じる装置であって、
第１の繰返し率で第１の光パルスシーケンス（Ｉ）を生じる第１の光源（５１）と、
第２の繰返し率で第２の光パルスシーケンス（ＩＩ）を生じる第２の光源（５２）と、
前記第１の繰返し率および／または前記第２の繰返し率に影響する少なくとも１つの設定要素と、
前記第１の繰返し率および／または前記第２の繰返し率を周期的に変化させるために、前記設定要素に周期的な変調信号（６２）を供給する制御要素（６１）と
を備える装置において、
前記第１の光パルスシーケンス（Ｉ）および前記第２の光パルスシーケンス（ＩＩ）から制御信号（５８）を得る位相検出器（５７）と、
前記制御信号（５８）および前記変調信号（６２）から制御偏差信号（６３）を得る補正要素（５９、６０）と、
入力に前記制御偏差信号（６３）が供給される調整器（６４）であって、該調整器（６４）の出力信号（６５）から得られた設定信号（６７）が前記設定要素に供給される調整器（６４）と、
を備える制御回路が設けられたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記変調信号（６２）および前記調整器（６４）の前記出力信号（６５）から前記設定信号（６７）を得て、該設定信号（６７）を前記設定要素に供給するヘテロダイン要素（６６）が設けられた、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記設定要素が、前記繰返し率の少なくとも一方を、２つの異なる離散的な値の間で切り替えさせる偏光変調器（２７）である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の光源および／または前記第２の光源（５１、５２）がパルスレーザを備える、請求項１〜３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記設定要素が前記パルスレーザの実効共振器長を変える、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記パルスレーザの実効共振器長が、前記パルスレーザの共振器内で循環する放射の偏光状態に応じて異なる、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記変調信号（６２）が正弦信号または矩形信号である、請求項１〜６のいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
前記第１の光パルスシーケンス（Ｉ）および前記第２の光パルスシーケンス（ＩＩ）が、高々１ナノ秒までの周期的に変化する時間的ずれを示す、請求項１〜７のいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記第１の光源および前記第２の光源が、共通のレーザ媒質（２１）、共通の光学ファイバ部分、および／または共通のミラー（２３、２４）のような共通の構成要素を有するレーザである、請求項１〜８のいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記第２の光源の放射が、前記第１の光源の放射に対して直交偏光を示す、請求項１〜９のいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の光源および／または前記第２の光源が複屈折要素（２６、３２）を含む、請求項１〜１０のいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の光源および／または前記第２の光源が、干渉計の２つのアームにおけるそれぞれの偏光に応じて前記第１の光源または前記第２の光源の放射を分割する偏光光線分割器（４１）を有する、請求項１〜１１のいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
時間的に間隔をおいた光パルスを生じる方法において、
第１の繰返し率を有する第１の光パルスシーケンス（Ｉ）をパルスレーザによって生じる工程と、
第２の繰返し率を有する第２の光パルスシーケンス（ＩＩ）をもう１つのパルスレーザによって生じる工程と、
前記第２の光パルスシーケンスのパルス距離が、前記第１の光パルスシーケンスのパルス距離から、正負交互の所与のオフセット値だけ常に異なるように、前記両方の繰返し率の少なくとも一方を２つの値の間で周期的に切り替える工程であって、前記切り替えが、前記両方のパルスレーザの少なくとも一方の共振器内で循環する放射の偏光を２つの異なる偏光状態間で変化させることによって行われ、各偏光状態に、前記パルスレーザの異なる実効共振器長が割り当てられる工程と
を有してなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間的に間隔をおいた光パルスを生じる装置に関し、該装置は、第１の繰返し率で第１の光パルスシーケンスを生じる第１の光源と、第２の繰返し率で第２の光パルスシーケンスを生じる第２の光源と、第１の繰返し率および／または第２の繰返し率に影響する少なくとも１つの設定要素と、第１の繰返し率および／または第２の繰返し率を周期的に変化させるための周期的な変調信号を設定要素に供給する制御要素とを備える。
【背景技術】
【０００２】
上記のような装置は、例えば、超高速時間分解分光法に用いられる。また、光源としては、通常、モード結合レーザが用いられる。物理的または化学的プロセスによる時間的経過の測定および研究には、いわゆるポンプ・プローブ技術が用いられる。このような技術は、様々な科学領域および技術領域において、顕著な進歩につながってきた。言及する価値があるのは、固体、液体、および気体における緩和動力学、時間分解テラヘルツ分光法、光通信技術における信号解析の研究である。シンクロトロン放射源においては、電子束の発生を時間に関して制御するために、また電子パルス、紫外線光パルス、またはＸ線パルスの時間的な挙動を解析するために、光パルス源としてモード結合レーザが用いられる。これらの用途の全てにおいて共通しているのは、光パルスの到達時間を、各実験のインタラクションセンターにおいて正確に制御可能でなければならないことである。大抵の場合、調べる対象の物理的、技術的、化学的プロセスの時間的経過を走査できるためには、特定のインターバル内で次々と到達する光パルス間の到達時間または時間間隔は可変でなければならない。
【０００３】
単一の光源を用いて、その光線を２つの部分光線に分割し、一方のアームに可変長の遅延距離をのせて、それらを再び合成することにより、調節可能な時間間隔を有する連続した光パルスを生じさせることが知られている。この手法の光パルス間の可変時間間隔は、そのような干渉計のアームにおける時間がそれぞれ異なることによって生じる。この可変長は、一般的に、電子機械的に移動されるミラーによって実現される。時間的ずれの変化が一巡するのに対応させてミラーを動かさなければならないことは不都合である。この大きな揺動が必要なことは、ミラーの速い動きの妨げになる。従って、反射の動きは比較的遅く、そのため、光パルス間の時間間隔もゆっくりとしか変更できない。これにより、望ましくない長い走査時間が生じる。更に、機械的な反射の調節は、誤調節になりやすいという短所もある。各実験の時間軸を定めるために、時間的ずれの各値について、反射位置が正確に決定されなければならない。さらに、光線の広がりに起因して、反射の動きには、望ましくない光線径の変化が生じる。
【０００４】
上述の短所を克服するために、いわゆるＡＳＯＰＳ（Asynchronous Optical Sampling）技術が知られている。この場合、周期的な光パルスシーケンスを発する２つの光源が用いられ、各実験のインタラクションセンターにおいて、これらの光パルスシーケンスが重ねられる。両方の光源の光パルスシーケンスは、両方の光源の光パルスシーケンスの繰返し周波数が僅かに異なるという事実によって生じる、光パルスごとの時間的ずれの増加を示す。また、両方の光源の光パルス間の時間的ずれは、両方の光源の光パルスが再び一致するまで、両方の光源の連続した２つの光パルス間の全時間間隔、即ち、繰返し周波数の逆数に対応する全時間間隔を通る。そして、プロセスが新たに開始される。この背景に照らして、ほとんどの実用的な用途に対して、ＡＳＯＰＳ技術の走査領域は大きすぎることが欠点である。これは、先に説明したように、連続した光パルス間の時間的ずれは、常に０と光パルスシーケンスの一方の光パルス間の全時間間隔との間で変化するという事実に起因する。例えば、光パルスシーケンスの繰り返し周波数が１００ＭＨｚである場合、光パルスシーケンスの時間的ずれは０と１０ナノ秒の間で自動的に変化する。しかし、１０ナノ秒の走査領域は実用的には必要ない。ほとんどの用途、例えば時間分解分光法では、調べる対象のダイナミズムの時間の尺度からして、可変の時間的ずれはおよそ１０ピコ秒であれば完全に通用する。これはつまり、ＡＳＯＰＳ技術では、測定時間のほとんどの（９０％を超える）時間において、妥当な測定データが得られないことを意味する。従って、ＡＳＯＰＳ技術の本質的な短所は、繰返し周波数が少なくとも１ギガヘルツの光パルスシーケンスを生るための光源を用いなければならないことである。従って、ほとんどの用途について、時間分解能の制御は、実用的なスキャニングレートを同時に用いた場合にのみ達成できる。
【０００５】
特許文献１から、上述のタイプの装置が知られており、この装置では、制御回路内で位相検出器によって両方の光源の光パルスシーケンスから制御信号が生成され、この制御回路は、両方の光源の光パルスシーケンスの繰返し率に影響する設定信号を生成する調整器を含む。調整器によって、繰返し周波数、即ち、基準信号を変化させることにより、一方の光源の光パルスシーケンスを、他方の光源の光パルスシーケンスより早くさせ、または遅れさせる。調整器は、所望の位相値、即ち、所望の時間的ずれが設定されるように、繰返し率を設定する。この公知の装置は、光パルスシーケンス間に、ほぼ任意の時間的ずれを与えることができるという長所を有する。例えば励起試験実験において、走査領域、即ち時間的ずれが変更される領域を、自由に与えることができる。このことは、特に、個々の用途の要求に走査領域を適応させることに関して、従来のＡＳＯＰＳ技術に対する長所となる。走査領域および測定点の選択、即ち、測定で用いられる時間的ずれの値の選択は、ＡＳＯＰＳ技術とは異なり、原則に従うのではなく、自由に与えることができる。
【０００６】
実際のところ、特許文献１による制御回路による両方の光源の一方の繰返し率の制御には短所もある。例えば、時間的ずれの変化における時間分解能は、制御回路の能力によって決定される。走査速度、即ち時間的ずれの変化における速度は、制御回路のレンジによって制限される。（例えば、時間分解テラヘルツ分光法における）高速励起試験実験では、走査速度は１ｋＨｚの領域内を目標としている。即ち、走査領域全体をこの周波数で周期的に走査する。そのような高い走査速度では、制御回路の能力により、信号にかなりの歪みが生じる。その結果、実験の時間軸、即ち、各回の励起−試験光パルス間の正確な時間間隔を正確に再構成できなくなる。換言すれば、公知の手法による、即ち、位相制御ループによって結合される２つの光パルスシーケンスに基づく位相変調では、基本的に、変調と制御との望ましくない相互作用が生じる。制御ループは、制御レンジより遥かに下でのみ、基準信号の変調に従うことができる。変調周波数および変調振幅が増加すると、信号に歪みが生じる。或いは、変調を設定要素に直接加えると、制御ループは反対に作用しようとする。これは、変調周波数、即ち走査速度の関数として、異なる位相で生じる。生じる変調の歪みは、（制御回路の制御レンジより下での）逆制御から、制御レンジより上での同時変調、即ち、変調の強調まで様々である。この過渡的な領域では、制御によって変調の歪みが生じ、それにより、光パルス間の相対的な位相または相対的な時間的ずれの再構成、および各励起試験実験の時間軸の必要な較正が、要求される正確さの関数として複雑になり、不可能にさえなる。更なる短所は、この制御が、公知の装置での制御ループまたは設定要素の非線形の応答によって、更に広帯域の乱れを生じ得る、即ち、変調周波数の干渉高調波またはノイズが生じることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第２０２００８００９０２１（Ｕ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記背景に鑑み、本発明は、時間的に間隔をおいた光パルスを生じるための改良された装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、本発明により、先に述べたタイプの装置において、第１の光パルスシーケンスおよび第２の光パルスシーケンスから制御信号を得る位相検出器と、制御信号および変調信号から制御偏差信号を得る補正要素と、入力に制御偏差信号が供給される調整器であって該調整器の出力信号から得られた設定信号が設定要素に供給される調整器とを備える制御回路によって解決される。
【００１０】
本発明によれば、２つの光パルスシーケンスの一方（または同時に両方の光パルスシーケンス）の繰返し率が直接影響される。繰返し率に影響する設定要素には、周期的に変化する変調信号が直接供給されるので、上述の特許文献１による技術のような調整の挿入による望ましくない歪みが回避される。従って、本発明は、位相調整のレンジによって特に制限されない高速の走査速度を可能にする。さらに、本発明は、現在付加されている繰返し率に対する、および両方の光源の光パルス間の時間的ずれに対する変調信号から直ちに結論を得られるため、時間軸の正確な較正を可能にする。本発明によれば、時間軸は、走査速度に関係なく、制御による影響を受けない。
【００１１】
本発明によって構成される制御回路は、２つの光パルスの連なりの安定した位相結合を確実にできるようにする。制御回路は、第１の光パルスシーケンスおよび第２の光パルスシーケンスから制御信号を得る位相検出器と、制御信号および変調信号から制御偏差信号を得る補正要素と、入力に制御偏差信号が入力される調整器とを含む。調整器は設定要素を調整する。変調信号と調整器の出力信号とを重ね合わせて、重ね合わせによって生成された設定信号を設定要素に供給するヘテロダイン要素が設けられるのが好ましい。換言すれば、補正要素は、本質的に、繰返し率の（高速）変調によって生じる制御信号の変調から制御偏差信号が解放されるように、制御偏差信号を変調信号に従って補償させる。換言すれば、補正要素は、制御信号が制御偏向信号として調整器に供給される前に、制御信号を変調によって補正する。制御偏差信号は、制御回路の制御レンジ内でのみ、即ち、両方の光パルスシーケンスの相対的な位相の状態の他の乱れ（熱ドリフト、振動等）に従って変化する（この点において、上記で引用した特許文献１による調整の文脈とは異なる）。調整器の出力信号および変調信号によって生成された設定信号が設定要素に供給され、これらのゆっくりとした乱れが解消される。この処理では、調整器は繰返し率の（高速）変調による影響を受けない。従って、変調と調整との間に相互作用が生じず、上述の不都合な歪みは現れない。
【００１２】
本発明によれば、繰返し率の変化が十分に小さければ、位相検出器の出力における制御信号の変化が位相の山の側部全体より小さくなり、補正要素によって線形に補償を行うことができる。従って、補正要素は、制御偏差信号を生成するために制御信号と変調信号とを加算する加算器であってもよい。制御偏差信号を生成する際に、補正要素は更に、変調信号の位相および／または振幅を適応させる。例えば、位相検出器の応答関数を開発することにより、適切な計算に基づいてより正確な補償を行うことができる。必要に応じて、制御信号が両方の光パルスシーケンスの位相差に線形に依存するように、位相検出器を適切な方法で線形化できる。補正要素による補償も、自己適応可能に構成できる。変調信号の振幅および／または位相の補正と制御信号との組み合わせを、更なる適切な調整によって、例えば、周波数および／または振幅に関する制御偏差信号の時間的変化を最小化することにより、最適化できる。これにより、制御回路における自動補償で、繰返し率の変調周波数および変調振幅の適応的選択が可能になる。
【００１３】
好ましい構成では、ヘテロダイン要素は加算器でもある。従って、調整器の出力信号と変調信号との加算信号としての設定信号が、設定要素に供給される。
【００１４】
基本的に、変調信号は、例えば、関数発生器によって生成される任意の周期的な時間信号であってよく、変調信号の振幅および／または周波数は調節可能である。２つの光パルスシーケンスの時間的ずれに関して、変調信号を周期的に変化させることによって、走査領域が周期的に走査される。変調信号は、例えば、正弦信号であってもよく、矩形信号であってもよい。矩形信号では、繰返し率は、２つの所与の値の間で周期的に往復するように切り替えられる。矩形信号による変調は、時間的に等距離のサンプリング、即ち、両方の光パルスシーケンスの時間間隔の時間的に等距離の変化を可能にすると共に、時間軸の正確な再構成を可能にする。
【００１５】
本発明のタイプの装置のほとんどの用途、例えば、高速分解分光法等では、光パルスシーケンスの最大の時間的ずれは最大で１ナノ秒であれば十分である。本発明の装置を、時間的ずれが高々１ナノ秒までになるよう構成することは容易である。時間的ずれは、僅か数十ピコ秒という遥かに小さい値とすることもでき、これにより、本発明の装置を、個々の用途の要求に理想的に適応できる。これにより、先に説明したように、特に全測定時間において妥当な測定値を確実に得られるようになる。例えば、本発明の装置を高速時間分解分光法に用いると、走査領域を、調べる対象の動的プロセスの時間の尺度に正確に適応させることができる。
【００１６】
本発明の装置の光源としては、パルスレーザ、特に、モード結合レーザが適している。本発明の装置は、ファイバレーザを用いて有利に実現できる。実験では、エルビウム添加ファイバに基づくファイバレーザシステムが良好であった。そのような、１００ＭＨｚの領域内に繰返し周波数を有する光パルスシーケンスを発するモード結合ファイバレーザは、予め形成されたユニットとして市販されており有利である。そのようなシステムは、非常にロバストであることがわかった。本質的な長所は、モード結合ファイバレーザを有する本発明の装置を、上述したすべての用途に対して光源として用いることができることである。ＡＳＯＰＳシステムで通常用いられる、コストがかかり高価で調整集約的なチタンサファイアレーザは、本発明の装置の光源としては必要ない。
【００１７】
本発明の装置を実施する際に、第１の光源および／または第２の光源のレーザの共振器長は、設定要素によって変えることができる。共振器長は、光パルスシーケンスの繰返し周波数に直ちに影響する。設定要素は、例えば、レーザ共振器の最終ミラーを移動させる従来の圧電トランスレータであってもよい。
【００１８】
本発明のもう１つの態様によれば、設定要素は、第１の繰返し率を２つの異なる離散的な値の間で切り替えさせる。或いは、またはそれに加えて、設定要素は、第２の繰返し率を２つの異なる離散的な値の間で切り替えさせてもよい。この構成では、時間的に間隔をおいた光パルスを生じる方法を実現できる。この方法は、パルスレーザによって、第１の繰返し率を有する第１の光パルスシーケンスを生じる工程と、もう１つのパルスレーザによって、第２の繰返し率を有する第２の光パルスシーケンスを生じる工程と、第２の光パルスシーケンスのパルス距離が、第１の光パルスシーケンスのパルス距離から、正負交互の所与のオフセット値だけ常に異なるように、繰返し率の少なくとも一方を２つの値の間で周期的に切り替える工程であって、この切り替えは、パルスレーザの少なくとも一方の共振器内で循環する放射の偏光を２つの異なる偏光状態間で変化させることによって行われ、各偏光状態に、パルスレーザの別の実効共振器長が割り当てられる工程とを有してなる。
【００１９】
この方法は、２つの光源（レーザ）の固有の短期の安定性を用いるので、位相制御ループによる位相結合は必ずしも必要ない。必要であれば、適切な方法で繰返し率の長期の安定化を図ってもよい。
【００２０】
本発明の方法では、両方の光源の光パルス間のオフセット値だけ異なるパルス距離の差により、まず、時間的ずれが徐々に（時間的に線形に）増加する。例えば、所与の走査領域内の１０００個の測定点が走査された後、パルス距離間のオフセットが反転されるように切り替えられる。即ち、例えば、切り替え時までは第２の繰返し率が第１の繰返し率より大きく、切り替え後は第１の繰返し率より小さくなる。これは、第１の繰返し率、第２の繰返し率、または両方の繰返し率を変化させることによって等しく達成できる。切り替え後、両方の光源の光パルス間の時間的ずれは再び徐々に減少し、従って、徐々に小さくなる時間的ずれでの測定を行うことができる。例えば、第１の光源および第２の光源の光パルスの時間的な一致が検出されたら、新たなサイクルを再び開始できるように、一方または両方の繰返し率が切り替えられる。この方法によれば、時間軸の較正を容易且つ正確に行うことができる。
【００２１】
本発明の装置の好ましい構成では、第１の光源および第２の光源はレーザであり、共通のレーザ媒質、共通の光学ファイバ距離、および／または共通のミラーのような共通の構成要素を有する。共通の構成要素を用いることにより、安価に実現可能になる。さらに、共通の構成要素を用いることにより、共通の構成要素および両方のレーザにかかる（熱的または機械的な）外部からの影響が同じになるため、システムの安定性が高まる。共通の構成要素に関わらず、両方のレーザは互いに独立しており、例えば、第１のレーザの放射は第２のレーザの放射に対して直交方向に偏光される。従って、両方のレーザの放射は相互作用しない。
【００２２】
本発明によれば、設定要素としては偏光変調器が用いられる。本発明によれば、両方のパルスレーザの各々に繰返し率が割り当てられ、偏光変調器によってレーザの共振器の循環する放射の偏光状態を周期的に変化させながら、本発明の目的のために、繰返し率を２つの離散的な値の一方に最短の切り替え時間（即ち、対応する光パルスシーケンスの連続する２つの光パルス間の時間）で簡単に切り替えることができる。偏光変調器としては、例えば、電子光学変調器（ＥＯＭ）を用いることができる。
【００２３】
両方のレーザが共通の構成要素を有する構成では、偏光回転を切り替えることによって、両方の光源の繰返し率を、いわば交互になるように“交換”させることができる。
【００２４】
両方の偏光状態の各々に両方の繰返し率の値の一方が割り当てられた、２つの異なる繰返し率の値を実現するために、複屈折要素を用いることができる。偏光方向による屈折率の違い（それによる異なる光路長）により、実効共振器長が異なるものとなり、それにより繰返し率が（僅かに）異なるものとなる。
【００２５】
同様に、第１の光源および／または第２の光源は、干渉計の２つの（長さが異なる）アームの個々の偏光状態に従って、対応する光源の放射を分割する偏光光線分割器を有してもよい。
【００２６】
以下、図面を用いて、本発明の実施例をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による、繰返し率を変化させることにより時間的に移動された光パルスシーケンスを示す図
【図２】本発明の装置の第１の構成のブロック図
【図３】本発明の装置の第２の構成のブロック図
【図４】本発明の装置の第３の構成のブロック図
【図５】本発明の装置の第４の構成のブロック図
【図６】本発明の装置の第５の構成のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１には、時間的に等距離の光パルスの第１のシーケンスＩおよび時間的に等距離の光パルスの第２のシーケンスＩＩが時間軸ｔ上に示されている。光パルスはそれぞれ連続する垂直方向のビームによって表されている。第１のシーケンスＩおよび第２のシーケンスＩＩの光パルスの相対的な時間的な状態を明確にするために、破線の垂直方向の線は、第２のシーケンスＩＩの光パルスの時間を示している。第１のシーケンスＩの光パルスのパルス距離Ｔは、例えば（８０ＭＨｚの繰返し率に従って）Ｔ＝１２．５ナノ秒である。第１の時間間隔（上図）における、第２のシーケンスＩＩの光パルスのパルス距離は、例えば、ＴよりもΔ＝１００フェムト秒だけ大きい。従って、第１のシーケンスＩの光パルスと第２のシーケンスＩＩの光パルス間の距離は、パルス対ごとに１００フェムト秒だけ増加する。これは、例えば１０００個の光パルスにつき、第１のシーケンスＩおよび第２のシーケンスＩＩの連続した光パルス間の距離が１００ピコ秒になるまで生じる。次に、第２の光パルスシーケンスの繰返し率が切り替えられ（下図）、第２のシーケンスＩＩの光パルスのパルス距離がＴ−Δになる。ここで、パルス距離はパルス対ごとに１００フェムト秒だけ減少し、１０００個の光パルスの後、光パルスが同時に生じる（図の右下の最後のパルス対）。この時点で、第２の光パルスシーケンスの繰返し率は元の値に戻され、第２のシーケンスＩＩの光パルスのパルス距離は再びＴ＋Δとなり、図示されている期間が終了して、新たに開始される。なお、サイクルは、必ずしも、両方のシーケンスＩおよびＩＩの光パルスがサイクルの開始時または終了時に一致するようになっていなくてもよい。本発明によれば、原則的に、時間的ずれの変化における最小の時間的ずれと最大の時間的ずれは任意であってよい。
【００２９】
図２は、本発明の装置を示す。この装置において、第１の光源および第２の光源はモード結合ファイバレーザの形態で実現され、２つの光源は、共通の態様を最大限に利用するために、共通の構成要素、即ち、レーザダイオード２２によって光学的に励起されるエルビウムイオンが添加されたファイバの形態のレーザ媒質２１と、受動的モード結合要素として同時に作用する可飽和吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ）２３の形態のレーザ共振器の最終ミラーと、レーザ共振器のもう１つの最終ミラー２４とを有する。第２の光源の放射は、第１の光源の放射に対して直交偏光を示すので、両方の光源の放射は相互作用しない。生じた放射は２５で分離される。本発明によれば、第１の光源は、第１の繰返し率を有する第１の光パルスシーケンスＩを生じ、第２の光源は、第２の繰返し率を有する第２の光パルスシーケンスＩＩを生じる。さらに、第１の光源および第２の光源の異なる実効共振器長を生じさせる複屈折ファイバ２６が構成される。設定要素２７としては、ファイバに結合されたＥＯＭの形態の偏光変調器が構成される。これは、偏光方向の回転を変化させることによって、第１の繰返し率および第２の繰返し率に影響を及ぼす、即ち、両方の光パルスシーケンスの繰返し率が交換されるようにするものである。制御要素２８は、設定要素２７に、周期的な変調信号２９を直接供給することにより、光パルスのパルス距離を周期的に変化させる。例えば、フォトダイオード３０が生じた光パルスを検出して、１０００個の光パルスごとに繰返し率が切り替えられるようにする。図示されている装置の、偏光を受光する各ファイバ部分は、２つの光源の光パルスが共振器の全ての場所において偏光状態に関して分離され、相互作用しないように構成されるべきである。
【００３０】
なお、２つの光源の光パルスの相互作用の回避は、必ずしも、互いに直交する偏光のみによって達成されるものではない。別の構成では、環状の共振器内で、２つの光パルスが空間的に一致することなく次々と循環してもよく、循環する光パルスの時間間隔が拡大または縮小されるように、適切な切り替え可能な光学要素によって各光パルスの周期が選択的に変調されてもよい。
【００３１】
図２の実施例は、完全にファイバに基づくものである。一方、図３および図４の実施例では、共振器の一部が自由光線構成として構成されている。各場合において、ファイバカプラ３１により、自由光線の状態の放射が、設定要素２７としてのＥＯＭに供給される。図３の実施例では、自由光線距離３３における直交する偏光方向において異なる実効共振器長を生じるために、複屈折結晶３２（例えば、ＹＶＯ４）が構成される。図４の実施例では、個々の偏光に従った放射を、図示されている干渉計の長さが異なる２つのアームに分割する偏光光線分割器４１が用いられる。他方の最終ミラーは２４’で示されている。ここでも、フォトダイオード３０が、生じた光パルスを検出する。可能な構成においては、これを用いて、生じた第１のシーケンスＩおよび第２のシーケンスＩＩの光パルスの時間的な一致を検出し、それに基づき繰返し率の変化を同期させ、同時に非常に正確に時間軸を較正することができる。さらに、例えば、２光子フォトダイオードを用いることができる。
【００３２】
図５に従った装置は、光パルスシーケンスＩおよびＩＩを生じる光源として、２つの別個のモード結合ファイバレーザ５１および５２を有する。光線分割器５３および５４によって、光パルスシーケンスＩおよびＩＩのレーザ光の一部がフォトダイオード５５または５６に導かれる。フォトダイオード５５および５６から生じた信号は、位相検出器（例えば、混合器）５７に供給される。位相検出器５７には、光パルスシーケンスＩおよびＩＩの繰返し率の信号の高調波の部分を除去するフィルタ（図示せず）が追加されてもよい。また、位相検出器５７には、位相シフタ（図示せず）が追加されてもよい。位相検出器５７は、その出力において制御信号５８を生成する。加算器５９および振幅調整器６０は、本発明の目的のための補正要素を構成し、制御信号５８および制御要素（関数発生器）６１によって生成されたここでは正弦波の形状の変調信号６２から、制御偏差信号６３を得る。補正要素は、制御信号５８の（必要であれば高速の）変調から制御偏差信号６３が本質的に解放されるように、変調信号６２に従って制御偏差信号６３を補償させる。従って、制御偏差信号６３は、制御ループの調整レンジ内で変化する。制御偏差信号６３は、ＰＩＤ調整器６４の入力に入力される。これにより、ヘテロダイン要素（他の加算器）６６によって変調信号６２が重ねられた出力信号６５が生成され、（図５には詳細に示さない）ファイバレーザ５２の設定要素に供給される。重ね合わせによって生成された設定信号６７は、ファイバレーザ５２から発せられる光パルスシーケンスＩＩの繰返し率に作用する。さらに、設定信号６７は、例えば、ファイバレーザ５２に統合された圧電トランスレータに向かい、それにより、ファイバレーザ５２の共振器長が変えられる。加算器５９および振幅調整器６０からなる補正要素の実施例では、制御回路は、変調信号６２に従った繰返し率の（高速）変調の影響は受けない。従って、変調と調整との相互作用が生じず、その結果、不都合な歪みが回避される。変調信号６２の周波数は、装置の走査周波数、即ち、光パルスシーケンスＩおよびＩＩの間の時間的ずれが周期的に変化する頻度を決定する。関数発生器６１によって自由に調節可能な変調信号６２の振幅は、時間的ずれに関する走査領域の幅を決定する。
【００３３】
なお、図５に示されている制御回路（関数発生器、加算器、位相調整器、調整器、ヘテロダイン要素、制御要素等）の構成要素は、個々の電子コンポーネントによって、および／または、例えば、マイクロコントローラやシグナルプロセッサにおいてソフトウェアによって実装することによって実現できる。
【００３４】
図６に示されている別の構成では、関数発生器６１は、その出力６１において変調信号６２を生成し、パルスレーザ５２として構成された光源の繰返し率が２つの離散的な値の間で周期的に切り替えられるようにする。レーザ共振器内を循環する放射の偏光状態によって、より大きく異なる実効共振器長を生じるために、パルスレーザ５２には、図４のように、ＥＯＭの形態の設定要素２７が設けられる。そして、第２の光パルスシーケンスＩＩのパルス距離は、共振器長の差ΔＬの量に従って与えられる正負交互のオフセット値だけ、第１の光パルスシーケンスＩのパルス距離から常に異なる。この場合、制御回路が繰返し率の変調の影響を受けないようにするために、加算器５９の代わりに出力５９’が用いられ、出力５９’には、変調信号から（例えば、時間的な統合によって）得られた三角波信号が入力される。制御回路において、交互に上昇および下降する三角波信号が、光源５２の繰返し率の矩形変調によって生じた光パルスシーケンスＩ、ＩＩ（図１参照）の交互に線形に上昇および下降する位相差を補償する。調整器６４の出力には設定信号６７が直接入力され、それにより、圧電トランスレータ（図示せず）が、光源５１を構成するパルスレーザのレーザ共振器の最終ミラー２４”を移動させる。図６の実施例では、このようにして両方の光源５１、５２の位相結合が行われる。
【００３５】
図６において、パルスレーザ５１は、パルスレーザ５２と同様に、モード結合ファイバレーザである。しかし、図２〜４とは異なり、２つのレーザ５１、５２は共通の構成要素を持たず、別個の装置として実現される。パルスレーザ５１は、レーザダイオード２２’によって光学的に励起されるエルビウムイオンが添加されたファイバの形態のレーザ媒質２１’と、同時に受動的モード結合要素として作用する飽和吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ）２３’の形態のレーザ共振器の最終ミラーと、レーザ共振器の最終ミラー２４”とを有する。ファイバカプラ３１’によって、可動の最終ミラー２４”に放射が供給される。第１の光源５１は、第１の繰返し率を有する第１の光パルスシーケンスＩを生じ、第２の光源５２は、第２の繰返し率を有する第２の光パルスシーケンスＩＩを生じる。
【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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