(57)【要約】【課題】モードロック状態でパルス発振するレーザをシステムに組み込んで使用する際に必要となるモードロック検出方法及びモードロック検出装置を提供すること。【解決手段】フェムト秒レーザ１では、１／２波長板３１や、半導体フォトデテクタ５１、電流計５２、電子回路５３などからモードロック検出装置を構成し、１／２波長板３１の回転により、フェムト秒パルス発振器１０からの光パルス列の一部を半導体フォトデテクタ５１に導入させ、当該半導体フォトデテクタ５１からの出力値の変動状況により、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかを判断し、このとき、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態にあると判断すれば、ＬＤ駆動用電源５４をオフさせることにより、フェムト秒レーザ１をオフさせる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モードロック状態になったときにレーザ光をパルス発振するレーザからの光出力について、前記光出力の時間的変動により、前記レーザがモードロック状態にあるか否かを判断すること、を特徴とするモードロック検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載するモードロック検出方法であって、
前記光出力の時間的変動を半導体フォトデテクタを介して測定すること、を特徴とするモードロック検出方法。
【請求項３】
請求項２に記載するモードロック検出方法であって、
前記レーザを構成するレーザ媒質がエルビウムをドープしたファイバーであり、前記半導体フォトデテクタがガリウム砒素系のＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料又はゲルマニウム系の半導体材料を用いたものであること、を特徴とするモードロック検出方法。
【請求項４】
請求項２に記載するモードロック検出方法であって、
前記レーザを構成するレーザ媒質がイットリビウムをドープしたファイバーであり、前記半導体フォトデテクタがガリウム砒素系のＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料又は、シリコン系の半導体材料、ゲルマニウム系の半導体材料のいずれか一つを用いたものであること、を特徴とするモードロック検出方法。
【請求項５】
モードロック状態になったときにレーザ光をパルス発振するレーザからの光出力について、前記光出力の時間的変動により、前記レーザがモードロック状態にあるか否かを判断すること、を特徴とするモードロック検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載するモードロック検出装置であって、
前記光出力の時間的変動を半導体フォトデテクタを介して測定すること、を特徴とするモードロック検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載するモードロック検出装置であって、
前記レーザを構成するレーザ媒質がエルビウムをドープしたファイバーであり、前記半導体フォトデテクタがガリウム砒素系のＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料又はゲルマニウム系の半導体材料を用いたものであること、を特徴とするモードロック検出装置。
【請求項８】
請求項６に記載するモードロック検出装置であって、
前記レーザを構成するレーザ媒質がイットリビウムをドープしたファイバーであり、前記半導体フォトデテクタがガリウム砒素系のＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料又は、シリコン系の半導体材料、ゲルマニウム系の半導体材料のいずれか一つを用いたものであること、を特徴とするモードロック検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モードロック状態でパルス発振するレーザからの光出力を検出対象とするモードロック検出方法及びモードロック検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、フェムト秒レーザにおいては、光ファイバー内で種々の波長の光の位相が揃った状態、すなわちモードロック状態になることにより、１パルスの時間幅がフェムト秒台オーダー（１０のマイナス１５乗秒オーダー）のパルス列を発生させることができる（例えば、特許文献１、特許文献２、非特許文献１参照）。そして、これまでは、フェムト秒レーザは、特殊なレーザであったことから、基礎研究を行うための実験道具として使用される場合が殆どであったが、近年、応用研究が始まり、例えば、ある種の装置に組み込まれて、特殊計測などを行うシステムの開発にまで進展してきている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２１３８２７号公報（第７−１３頁、第１−１３図）
【特許文献２】
特開平８−６１２４６号公報（第４−９頁、第１−７図）
【非特許文献１】
吉田睦，「フェムト秒ファイバレーザ」，オプトロニクス，２００１年，Ｎｏ．４，ｐ．１５３−１５７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フェムト秒レーザをシステムに組み込んで使用した場合には、万が一、フェムト秒レーザに不具合が生じると、フェムト秒レーザやシステムを構成する機器にダメージを与えるおそれがあり、そのダメージを抑えるためには、フェムト秒レーザへの供給電源を遮断するなどの対策を施す必要があるが、従来では、フェムト秒レーザについて、不具合が生じているか否かを、すなわち、モードロック状態を維持しているか否かを、簡便に見分ける方法・装置が示されていなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した点を鑑みてなされたものであり、モードロック状態でパルス発振するレーザをシステムに組み込んで使用する際に必要となるモードロック検出方法及びモードロック検出装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために成された請求項１に係る発明は、モードロック検出方法であって、モードロック状態になったときにレーザ光をパルス発振するレーザからの光出力について、前記光出力の時間的変動により、前記レーザがモードロック状態にあるか否かを判断すること、を特徴としている。
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載するモードロック検出方法であって、前記光出力の時間的変動を半導体フォトデテクタを介して測定すること、を特徴としている。
【０００７】
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載するモードロック検出方法であって、前記レーザを構成するレーザ媒質がエルビウムをドープしたファイバーであり、前記半導体フォトデテクタがガリウム砒素系のＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料又はゲルマニウム系の半導体材料を用いたものであること、を特徴としている。
また、請求項４に係る発明は、請求項２に記載するモードロック検出方法であって、前記レーザを構成するレーザ媒質がイットリビウムをドープしたファイバーであり、前記半導体フォトデテクタがガリウム砒素系のＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料又は、シリコン系の半導体材料、ゲルマニウム系の半導体材料のいずれか一つを用いたものであること、を特徴としている。
【０００８】
また、請求項５に係る発明は、モードロック検出装置であって、モードロック状態になったときにレーザ光をパルス発振するレーザからの光出力について、前記光出力の時間的変動により、前記レーザがモードロック状態にあるか否かを判断すること、を特徴としている。
【０００９】
また、請求項６に係る発明は、請求項５に記載するモードロック検出装置であって、前記光出力の時間的変動を半導体フォトデテクタを介して測定すること、を特徴としている。
また、請求項７に係る発明は、請求項６に記載するモードロック検出装置であって、前記レーザを構成するレーザ媒質がエルビウムをドープしたファイバーであり、前記半導体フォトデテクタがガリウム砒素系のＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料又はゲルマニウム系の半導体材料を用いたものであること、を特徴としている。
【００１０】
また、請求項８に係る発明は、請求項６に記載するモードロック検出装置であって、前記レーザを構成するレーザ媒質がイットリビウムをドープしたファイバーであり、前記半導体フォトデテクタがガリウム砒素系のＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料又は、シリコン系の半導体材料、ゲルマニウム系の半導体材料のいずれか一つを用いたものであること、を特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。図１は、本実施の形態のモードロック検出装置を備えたフェムト秒レーザ１（以下、「フェムト秒レーザ１」という。）の概要を示した図である。図１に示すように、フェムト秒レーザ１は、フェムト秒パルス発振器１０や、光増幅器３０、ＬＤ駆動用電源５４などから構成されている。
【００１２】
フェムト秒パルス発振器１０は、ＬＤ駆動用電源５４で駆動される励起用光源としての光通信用ＬＤ１１と、エルビウムをドープしたものであってレーザ媒質としての光増幅ファイバー１２、レンズ１３、ファラデー回転子１４、ミラー１５、レンズ１６、ファラデー回転子１７、１／４波長板１８、１／２波長板１９、偏光ビームスプリッター（以下、「ＰＢＳ」という。）２０、レンズ２１、可飽和吸収体２２などを有している。この点、フェムト秒パルス発振器１０では、リニアキャビティを構成する光増幅ファイバー１２の両端に２個のファラデー回転子１４，１７を配置することで、振動・温度変化などに起因する光偏波面ドリフトを補償する構造となっており、環境変化に対して強い構成としている。
【００１３】
そして、フェムト秒パルス発振器１０においては、可飽和吸収体２２の端面に施された金ミラー（不図示）とミラー１５との間を種々の波長を含んだ光が何度も往復することで増幅され、さらに、位相が揃った状態（モードロック状態）の定常波が形成されると、両波長板１８，１９及びＰＢＳ２０の作用により、レーザ光である光パルス列が光増幅器３０に向けて出力される。このときの光パルス列は、例えば、中心波長が１５６０ｎｍ、繰り返し周波数が４８．２ＭＨｚ、パルス幅が３８０ｆｓｅｃ、平均出力が４．８ｍＷである。
【００１４】
一方、光増幅器３０は、ＰＢＳ３２、１／２波長板３３、１／４波長板３４、ファラデー回転子３５、レンズ３６、エルビウムをドープした光増幅ファイバ−３７、レンズ３８、ファラデー回転子３９、ミラー４０、ＬＤ駆動用電源５４で駆動される励起用光源としての光通信用ＬＤ４１などを有している。この点、光増幅器３０でも、光増幅ファイバー３７の両端に２個のファラデー回転子３５，３９を配置することで、振動・温度変化などに起因する光偏波面ドリフトを補償する構造となっており、環境変化に対して強い構成としている。
【００１５】
また、光増幅器３０では、フェムト秒パルス発振器１０からの光パルス列を、ＰＢＳ３２で反射させ、光増幅ファイバー３７に向かわせて通過させた後に、ミラー４０で反射させ、光増幅ファイバー３７を再び通過させることで、パルス圧縮を伴う増幅を行い、両波長板３３，３４及びＰＢＳ３２の作用により、外部に出力している。このときの光パルス列は、例えば、中心波長が１５６０ｎｍ、繰り返し周波数が５０ＭＨｚ、パルス幅が１００ｆｓｅｃ、平均出力が６０ｍＷである。
【００１６】
尚、図１では、説明の便宜上、ＰＢＳ３２からレンズ３６（ひいては光増幅ファイバー３７）に向かう光パルス列と、レンズ３６（すなわち光増幅ファイバー３７）からＰＢＳ３２に向かう光パルス列とを分けて記載しているが、実際には、両光パルス列の光路は重畳している。この点は、後述する図３及び、図４、図５、図６でも同様である。
【００１７】
さらに、フェムト秒レーザ１では、フェムト秒パルス発振器１０のＰＢＳ２０と光増幅器３０のＰＢＳ３２との間に１／２波長板３１を設けており、当該１／２波長板３１を回転させることにより、フェムト秒パルス発振器１０から出力された光パルス列の一部（平均出力が１ｍＷ）をＰＢＳ３２を透過させて取り出している。従って、光増幅器３０において、ＰＢＳ３２で反射しレンズ３６（ひいては光増幅ファイバー３７）に向かう光パルス列の平均出力は３．８ｍＷとなる。
【００１８】
尚、図１では、１／２波長板３１を光増幅器３０に内蔵させているが、これに代わって、１／２波長板３１をフェムト秒パルス発振器１０に内蔵させてもよいし、１／２波長板３１をフェムト秒パルス発振器１０と光増幅器３０との間に設けてもよい。
【００１９】
また、フェムト秒レーザ１では、上述した１／２波長板３１に加え、ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料を用いた半導体フォトデテクタ５１、電流計５２、電子回路５３などを有しており、これらより構成されたモードロック検出装置を備えている。この点、半導体フォトデテクタ５１には、ＰＢＳ３２を透過させて取り出したフェムト秒パルス発振器１０からの光パルス列の一部（平均出力が約２ｍＷ）が導入される。このとき、半導体フォトデテクタ５１からの電流値を、デジタルレーザパワーメータで光出力（ｍＷ）に変換して０．５秒間隔で１００回モニターすると、図７に示すようになる。すなわち、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあれば、出力値が２．１８程度で一定値を示す（実線参照）。一方、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態になければ（以下、この状態を「非モードロック状態」という。）、出力値が０．７から２．０程度の間を大きくばらつく（一点鎖線参照）。
【００２０】
そして、半導体フォトデテクタ５１からの出力値は、図７の実線と一点鎖線の中間を示すようなことはなく、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態から非モードロック状態に移行すれば、その移行時点で、図７の実線から一点鎖線に即座に変化し、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態からモードロック状態に移行すれば、その移行時点で、図７の一点線から実線に即座に変化する。また、半導体フォトデテクタ５１は、半導体材料を用いた検出部を有していることから、センサーとしての応答性が速い。従って、半導体フォトデテクタ５１からの出力値を測定すれば、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかを瞬時に判断することが可能となる。
【００２１】
そこで、図１に示すように、フェムト秒レーザ１では、１／２波長板３１や、半導体フォトデテクタ５１、電流計５２、電子回路５３などからモードロック検出装置を構成し、１／２波長板３１の回転により、フェムト秒パルス発振器１０からの光パルス列の一部（平均出力が約２ｍＷ）を半導体フォトデテクタ５１に導入させ、当該半導体フォトデテクタ５１からの出力値の変動状況により、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかを判断し、このとき、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態にあると判断すれば、ＬＤ駆動用電源５４をオフさせることにより、フェムト秒レーザ１をオフさせている。また、後述するように、この信号を当該フェムト秒レーザ１を内包したレーザ応用システムの保護又は、ユーザに不具合を知らせるための信号として用いることができる。
【００２２】
この点、フェムト秒レーザ１に備えられたモードロック検出装置では、半導体フォトデテクタ５１からの出力値の変動状況や、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかの判断、ＬＤ駆動用電源５４をオフさせる制御などは、電子回路５３によって行っている。図２は、電子回路５３の概要を示した図である。図２に示すように、電子回路５３は、電流電圧変換器６１や、電源投入検出回路６２、タイミング回路６３、ＡＤ変換器６４、メモリ６５、ＤＡ変換器６６、係数器６７、電圧比較器６８などから構成されている。
【００２３】
そして、電子回路５３では、半導体フォトデテクタ５１からの出力について、電流計５２により測定した電流値を、電流電圧変換器６１で電圧値に変換した後で、電圧比較器６８に現在の電圧値Ａとして入力するとともに、ＡＤ変換器６４を介してメモリ６５に記憶する。このとき、メモリ６５は、電源投入検出回路６２で起動されるタイミング回路６３により、所定時間（例えば、０．５秒）毎に電圧値を記憶しており、さらに、前回又は前回より以前に記憶した電圧値を、ＤＡ変換器６６及び係数器６７を介して、電圧比較器６８に過去の電圧値Ｂとして入力する。但し、係数器６７では、前回又は前回より前に記憶した電圧値を、一定の割合（例えば、７０％）で下げて出力している。
【００２４】
その後、電圧比較器６８では、現在の電圧値Ａと過去の電圧値Ｂとを比較し、現在の電圧値Ａが過去の電圧値Ｂより大きければ、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあると判断する。一方、現在の電圧値Ａが過去の電圧値Ｂ以下であれば、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態にあると判断し、電源遮断信号をＬＤ駆動用電源５４に発信し、ＬＤ駆動用電源５４をオフさせる。
【００２５】
これにより、フェムト秒レーザ１に備えられたモードロック検出装置及び、当該モードロック検出装置で実施されるモードロック検出方法では、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態にあれば、ＬＤ駆動用電源５４がオフして、光通信用ＬＤ１１，４１が消灯し、ひいては、フェムト秒パルス発振器１０及び光増幅器３０がオフして、フェムト秒レーザ１が自動的にオフするので、フェムト秒レーザ１内のダメージを最小限に抑えることができる。また、後述するように、この信号を当該フェムト秒レーザ１を内包したレーザ応用システムの保護又は、ユーザに不具合を知らせるための信号として用いることができる。
【００２６】
尚、フェムト秒レーザ１に備えられたモードロック検出装置では、半導体フォトデテクタ５１からの出力値の変動状況や、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかの判断、ＬＤ駆動用電源５４をオフさせる制御などを、電子回路５３によって自動的に行っていたが、半導体フォトデテクタ５１からの出力値の変動状況を、例えば、図７に示すようにモニタすることにより、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかの判断を外部から可能とし、ＬＤ駆動用電源５４をオフさせることなどを手動で行っても、フェムト秒レーザ１内のダメージを抑えることができる。
【００２７】
次に、モードロック検出装置が備えられたフェムト秒レーザ１を組み込んだ再生増幅システムについて説明する。図３は、モードロック検出装置が備えられたフェムト秒レーザ１を組み込んだ再生増幅システム８０の概要を示した図である。図３に示すように、再生増幅システム８０に対しては、フェムト秒レーザ１の光増幅器３０から出力された光パルス列を波長変換器７０を介して入射している。
【００２８】
このとき、波長変換器７０を通過した直後の光パルス列は、例えば、中心波長が７８０ｎｍ、繰り返し周波数が５０ＭＨｚ、パルス幅が１００ｆｓｅｃ、平均出力２０ｍＷである。また、再生増幅システム８０のパルス間引き部８１を通過した直後の光パルス列は、例えば、中心波長が７８０ｎｍ、繰り返し周波数が１ｋＨｚ、パルス幅が１００ｆｓｅｃ、平均出力０．１ｎＪ／ｐｕｌｓｅである。また、再生増幅システム８０の再生増幅器８２を通過したものであって、再生増幅システム８０から出力される光パルス列は、例えば、中心波長が７８０ｎｍ、繰り返し周波数が１ｋＨｚ、パルス幅が１５０ｆｓｅｃ、平均出力０．１ｍＪ／ｐｕｌｓｅである。
【００２９】
一方、再生増幅システム８０を制御する再生増幅器コントローラ８３に対しては、フェムト秒レーザ１に備えられたモードロック検出装置の電子回路５３が接続されており、電子回路５３からの電源遮断信号を受信すると、再生増幅器コントローラ８３は再生増幅システム８０をオフさせる。これにより、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態にあれば、フェムト秒レーザ１及び再生増幅システム８０が自動的にオフするので、フェムト秒レーザ１内及び再生増幅システム８０内のダメージを最小限に抑えることができる。また、モニターランプなどを設ければ、再生増幅システム８０の不具合が、その発振器であるフェムト秒レーザ１の不具合であることがわかる。
【００３０】
尚、半導体フォトデテクタ５１からの出力値の変動状況を、例えば、図７に示すようにモニタすることにより、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかの判断を外部から可能とした場合には、ＬＤ駆動用電源５４や再生増幅システム８０をオフさせることなどを手動で行えば、フェムト秒レーザ１内及び再生増幅システム８０内のダメージを抑えることができたり、再生増幅システム８０を使って作業・実験をしているユーザ又は、再生増幅システム８０に異常を知らせることができる。
【００３１】
次に、モードロック検出装置が備えられたフェムト秒レーザ１を組み込んだ光サンプリングシステムについて説明する。図４は、モードロック検出装置が備えられたフェムト秒レーザ１を組み込んだ光サンプリングシステムの概要を示した図である。図４に示すように、光サンプリングシステムでは、フェムト秒レーザ１の光増幅器３０から出力された光パルス列を波長変換器７０を介して光サンプリングヘッド９１に入射している。
【００３２】
このとき、波長変換器７０を通過した直後の光パルス列は、例えば、中心波長が７８０ｎｍ、繰り返し周波数が５０ＭＨｚ、パルス幅が１００ｆｓｅｃ、平均出力２０ｍＷである。
【００３３】
さらに、光サンプリングヘッド９１に対しては、被測定光パルス列が入射される。そして、光サンプリングヘッド９１からの光出力をフォトデテクタ９２に導入し、当該フォトデテクタ９２からの出力をデジタル信号アナライザ９３に入力することにより、被測定光パルス列の分析を行う。
尚、この光サンプリング方式については、以下の刊行物に記載された論文で詳しく説明されている。
「刊行物」
Ｒ．Ｌ．Ｊｕｎｇｅｒｍａｎ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，Ｇ．Ｌｅｅ，Ｏ．Ｂｕｃｃａｆｕｓｃａ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，Ｙ．Ｋａｎｅｋｏ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，Ｎ．Ｉｔａｇａｋｉ，Ｒ．Ｓｈｉｎｏｄａ，Ａ．Ｈａｒａｄａ，Ｙ．Ｎｉｈｅｉ，ａｎｄ  Ｇ．Ｓｕｃｈａ，“１−ＴＨｚ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｃ−ａｎｄ  Ｌ−Ｂａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  Ｗｉｔｈ  ａ  Ｂｉｔ  Ｒａｔｅ  Ａｇｉｌｅ  Ｔｉｍｅｂａｓｅ”，ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  ＶＯＬ．１４，  ＮＯ．８  ，  ｐｐ．１１４８−１１５０，  ＡＵＧＵＳＴ  ２００２
【００３４】
一方、デジタル信号アナライザ９３に対しては、フェムト秒レーザ１に備えられたモードロック検出装置の電子回路５３が接続されており、電子回路５３からの電源遮断信号を受信すると、デジタル信号アナライザ９３をオフさせる。これにより、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態にあれば、フェムト秒レーザ１及びデジタル信号アナライザ９３が自動的にオフするので、光サンプリングシステムを使用するユーザに異常を知らせることができる。
【００３５】
尚、半導体フォトデテクタ５１からの出力値の変動状況を、例えば、図７に示すようにモニタすることにより、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかの判断を外部から可能とした場合にも、光サンプリングシステムを使用するユーザは異常を知ることができる。
【００３６】
次に、モードロック検出装置が備えられたフェムト秒レーザ１を組み込んだテラヘルツ分光システムについて説明する。図５は、モードロック検出装置が備えられたフェムト秒レーザ１を組み込んだテラヘルツ分光システムの概要を示した図である。図５に示すように、テラヘルツ分光システムでは、フェムト秒レーザ１の光増幅器３０から出力された光パルス列を波長変換器７０を通過させている。
【００３７】
このとき、波長変換器７０を通過した直後の光パルス列は、例えば、中心波長が７８０ｎｍ、繰り返し周波数が５０ＭＨｚ、パルス幅が１００ｆｓｅｃ、平均出力２０ｍＷである。
【００３８】
また、波長変換器７０を通過した直後の光パルス列は、ハーフミラー１０１により、ポンプ光とプローブ光とに分けられる。この点、ハーフミラー１０１を透過したポンプ光は、テラヘルツ光源１０５に入射し、テラヘルツ光源１０５からテラヘルツ波を発生させる。一方、ハーフミラー１０１を反射したプローブ光は、３個のミラー１０２，１０３，１０４と光ディレー装置等を介して、テラヘルツ検出器１０７に入射する。尚、当該光ディレー装置は、２個のミラー１０９，１１０とデトロディフレクター１３１とで構成される。さらに、テラヘルツ検出器１０７に対しては、テラヘルツ光源１０５からのテラヘルツ波が被測定サンプル１０７を介して入射される。そして、テラヘルツ検出器１０７からの出力をテラヘルツ信号アナライザ１０８に入力することにより、被測定サンプルの分析を行うことができる。
【００３９】
一方、テラヘルツ信号アナライザ１０８に対しては、フェムト秒レーザ１に備えられたモードロック検出装置の電子回路５３が接続されており、電子回路５３からの電源遮断信号を受信すると、テラヘルツ信号アナライザ１０８は、フェムト秒レーザ１に異常が発生したことを検知し、それをテラヘルツ分光システムのユーザに異常として知らせることができる。
【００４０】
尚、半導体フォトデテクタ５１からの出力値の変動状況を、例えば、図７に示すようにモニタすることにより、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかの判断を外部から可能とした場合には、テラヘルツ分光システムのユーザは異常を知ることができる。
【００４１】
次に、モードロック検出装置が備えられたフェムト秒レーザ１を組み込んだ多光子顕微鏡システムについて説明する。図６は、モードロック検出装置が備えられたフェムト秒レーザ１を組み込んだ多光子顕微鏡システムの概要を示した図である。図６に示すように、多光子顕微鏡システムでは、フェムト秒レーザ１の光増幅器３０から出力された光パルス列を波長変換器７０を通過させている。
【００４２】
このとき、波長変換器７０を通過した直後の光パルス列は、例えば、中心波長が７８０ｎｍ、繰り返し周波数が５０ＭＨｚ、パルス幅が１００ｆｓｅｃ、平均出力２０ｍＷである。
【００４３】
また、波長変換器７０を通過した直後の光パルス列は、カルバノスキャニングミラー１１１に入射され、顕微鏡対物レンズ１１２を介して、被測定サンプル１１３上を走査し、フォトデテクタ１１４に導入される。そして、フォトデテクタ１１４からの出力を顕微鏡システムコントローラ１１５に入力することにより、被測定サンプル１１３の蛍光画像を得ることができる。
【００４４】
一方、顕微鏡システムコントローラ１１５に対しては、フェムト秒レーザ１に備えられたモードロック検出装置の電子回路５３が接続されており、電子回路５３からの電源遮断信号を受信すると、顕微鏡システムコントローラ１１５をオフさせる。これにより、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態にあれば、フェムト秒レーザ１及び顕微鏡システムコントローラ１１５が自動的にオフするので、多光子顕微鏡システムのユーザはシステムの異常を知ることができる。
【００４５】
尚、半導体フォトデテクタ５１からの出力値の変動状況を、例えば、図７に示すようにモニタすることにより、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかの判断を外部から可能とした場合には、多光子顕微鏡システムのユーザはシステムの異常を知ることができる。
【００４６】
以上、詳細に説明した通り、フェムト秒レーザ１に備えられたモードロック検出装置及び、当該モードロック検出装置で実施されるモードロック検出方法では、上述したように、図３の再生増幅システム又は、図４の光サンプリングシステム、図５のテラヘルツ分光システム、図６の多光子顕微鏡システムに対しフェムト秒レーザ１を組み込んだ際に、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態にあれば、半導体フォトデテクタ５１からの出力値が激しく変動し（図７参照）、この変動状況を判別した電子回路５３から発信される電源遮断信号をもって、これらのシステムが自動的にオフされるので、これらのシステムのダメージを最小限に抑えることができるとともに、これらのシステムのユーザに異常を知らせることができる。
【００４７】
尚、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかの判断は、ＰＢＳ３２を透過させて取り出したフェムト秒パルス発振器１０からの光パルス列の一部（平均出力が約２ｍＷ）について、波長スペクトルやパルス幅などを分析することにより行うこともできる。
【００４８】
この点、波長スペクトルについて言えば、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるときには、波長スペクトルが左右対称のなだらかな波形となるのに対し、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態にあるときには、波長スペクトルが多数のピーク点を所謂ギザギザの持った波形となる。従って、ＰＢＳ３２を透過させて取り出したフェムト秒パルス発振器１０からの光パルス列の一部の波長スペクトルを見ることにより、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかの判断を行うことが可能であるが、そのためには、複雑で高価な光スペクトルアナライザーを使用する必要がある。
【００４９】
また、パルス幅について言えば、一般的に、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるときには、パルス幅がフェムト秒領域にあるのに対し、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態にあるときには、パルス幅がフェムト秒領域にない。従って、ＰＢＳ３２を透過させて取り出したフェムト秒パルス発振器１０からの光パルス列の一部のパルス幅を見ることにより、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかの判断を行うことが可能であるが、そのためには、自己相関計を組んで計測する必要があり、装置が複雑となる。
【００５０】
これらに対し、本実施の形態における、フェムト秒レーザ１に備えられたモードロック検出装置及び、当該モードロック検出装置で実施されるモードロック検出方法では、ＰＢＳ３２を透過させて取り出したフェムト秒パルス発振器１０からの光パルス列の一部（平均出力が１ｍＷ）について、その出力の時間的変動により、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかの判断を行っており、かかる判断の自動化に加えて、フェムト秒レーザ１などの自動停止やシステムへのレーザ異常信号の伝達、ユーザへの表示までも、半導体フォトデテクタ５１や電子回路５３などで比較的安価に且つ単純に構築されたモードロック検出装置により行うことができる。
【００５１】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施の形態では、フェムト秒パルス発振器１０の光増幅ファイバー１２として、エルビウムをドープしたものを使用するとともに、半導体フォトデテクタ５１として、ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料を用いたものを使用しているが、この点、フェムト秒パルス発振器１０の光増幅ファイバー１２として、イットリビウムをドープしたものを使用するとともに、半導体フォトデテクタ５１として、ガリウム砒素系のＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料又はシリコン系の半導体材料を用いたものを使用してもよい。
【００５２】
また、本実施の形態では、図１に示すように、フェムト秒レーザ１は、フェムト秒パルス発振器１０や、光増幅器３０、ＬＤ駆動用電源５４などから構成されているが、この点、図８のフェムト秒レーザ２のように、光増幅器３０を省いて、フェムト秒パルス発振器１０や、ＬＤ駆動用電源５４などから構成してもよい。この場合には、図８のフェムト秒レーザ２では、ＰＢＳ１２１や、半導体フォトデテクタ５１、電流計５２、電子回路５３などからモードロック検出装置を構成し、ＰＢＳ１２１により、フェムト秒パルス発振器１０からの光パルス列の一部を半導体フォトデテクタ５１に導入させ、当該半導体フォトデテクタ５１からの出力値の変動状況により、フェムト秒パルス発振器１０内がモードロック状態にあるか非モードロック状態にあるかを判断し、このとき、フェムト秒パルス発振器１０内が非モードロック状態にあると判断すれば、ＬＤ駆動用電源５４をオフさせることにより、フェムト秒レーザ２をオフさせる。
さらに、フェムト秒パルス発振器１０でファイバーの両端を接続した所謂リング型キャビティを有したレーザでもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明により、モードロック状態でパルス発振するレーザをシステムに組み込んで使用する際に必要となるモードロック検出方法及びモードロック検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるモードロック検出装置を備えたフェムト秒レーザの概要を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態によるモードロック検出装置を備えたフェムト秒レーザにおいて、当該モードロック検出装置の電子回路の概要を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態によるモードロック検出装置を備えたフェムト秒レーザを組み込んだ再生増幅システムの概要を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態によるモードロック検出装置を備えたフェムト秒レーザを組み込んだ光サンプリングシステムの概要を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態によるモードロック検出装置を備えたフェムト秒レーザを組み込んだテラヘルツ分光システムの概要を示した図である。
【図６】本発明の一実施形態によるモードロック検出装置を備えたフェムト秒レーザを組み込んだ多光子顕微鏡システムの概要を示した図である。
【図７】本発明の一実施形態によるモードロック検出装置を備えたフェムト秒レーザにおいて、フェムト秒パルス発振器内がモードロック状態にあるときの半導体フォトデテクタからの電流値を実線で示し、フェムト秒パルス発振器内が非モードロック状態にあるときの半導体フォトデテクタからの電流値を一点鎖線で示した図である。
【図８】本発明の一実施形態によるモードロック検出装置を備えたフェムト秒レーザの概要を示した図である。
【符号の説明】
１  フェムト秒レーザ
１０  フェムト秒パルス発振器
１１  光通信用ＬＤ
１２  光増幅ファイバー
３０  光増幅器
３１  １／２波長板
５１  半導体フォトデテクタ
５２  電流計
５３  電子回路
５４  ＬＤ駆動用電源
【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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【図７】
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【図８】
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