(57)【要約】  広帯域あるいは複数の帯域を有する入射光に対する光増幅を行い光共振器から発振する発振光への光エネルギー変換を行う光増幅媒体１と、光増幅媒体にエネルギーを注入して光エネルギーを発生させるか、または光増幅媒体に光エネルギーを注入するエネルギー注入要素２と、発振光であるパルス光に対して負の分散を与える負の分散素子４と、パルス光に対してモード同期作用を与えるモードロッカー９と、パルス光に対して正の分散を与える正の分散素子１１と、光増幅媒体から、負の分散素子、モードロッカー、および正の分散素子を経て光増幅媒体に戻るループ状の光路を、順方向または逆方向の少なくとも一方にパルス光が巡るように形成された光学系とを備える。これにより、超短パルス光を広帯域で、しかも高い効率で発生させることが可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域あるいは複数の帯域を有する入射光に対する光増幅を行い光共振器から発振する発振光への光エネルギー変換を行う１つ、あるいは複数の光増幅媒体と、
前記光増幅媒体にエネルギーを注入して光エネルギーを発生させるか、または前記光増幅媒体に光エネルギーを注入するエネルギー注入要素と、
前記発振光であるパルス光に対して負の分散を与える負の分散素子と、
前記パルス光に対してモード同期作用を与えるモードロッカーと、
前記パルス光に対して正の分散を与える正の分散素子と、
前記光増幅媒体から、前記負の分散素子、前記モードロッカー、および前記正の分散素子を経て前記光増幅媒体に戻るループ状の光路を、順方向または逆方向の少なくとも一方に前記パルス光が巡るように形成された光学系とを備えた広帯域超短パルス光発振器。
【請求項２】
前記光増幅媒体は、前記光エネルギー変換を光パラメトリック増幅により行うための非線形光学結晶であり、前記非線形光学結晶に前記光パラメトリック増幅のための励起光を供給する励起光源を備えた請求項１に記載の広帯域超短パルス光発振器。
【請求項３】
前記パルス光が前記ループ状の光路を順方向に巡り、
前記負の分散素子は前記光増幅媒体から出射された前記パルス光に負の分散を与え、
前記モードロッカーは前記負の分散素子により負の分散を与えられた前記パルス光に対してモード同期作用を与え、
前記正の分散素子は前記モードロッカーによりモード同期がかけられた前記パルス光に対して正の分散を与えるように構成された請求項２に記載の広帯域超短パルス光発振器。
【請求項４】
前記非線形光学結晶に入射する前記パルス光と前記励起光が、各々の光軸が互いに所定の角度をもった非同軸状態になるように前記励起光源および前記光学系が配置されて、非同軸光パラメトリック発振過程による増幅が行われる請求項２または３に記載の広帯域超短パルス光発振器。
【請求項５】
前記正の分散素子と前記負の分散素子は相補的な作用を持つように構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の広帯域超短パルス光発振器。
【請求項６】
前記負の分散素子は、前記パルス光に対してフーリエ限界パルスを形成するように負の分散を与える請求項１〜５のいずれか１項に記載の広帯域超短パルス光発振器。
【請求項７】
前記負の分散素子および前記正の分散素子として、チャープミラーが用いられた請求項１〜６のいずれか１項に記載の広帯域超短パルス光発振器。
【請求項８】
前記負の分散素子と前記モードロッカーの間に、互いに相補的な関係にある対の周波数変調器が挿入され、前記対の周波数変調器の間からパルス光を取り出すための出射鏡が配置された請求項１〜７のいずれか１項に記載の広帯域超短パルス光発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度レーザーシステムに用いられる超短パルス光を効率的に得るための発振器、特にチャープパルス増幅を利用して広帯域の超短パルス光を得る発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高強度レーザーシステム用のレーザー発振器においては、超短パルス光を発生させる場合、光共振器（発振器）内で共振可能な電磁波のモードを揃えるモード同期を起こすことにより、超短パルス光の発生を可能としていた。例えば、レーザーとしての利得帯域が極めて広いチタンサファイア結晶をレーザー媒質として用い、モード同期を起こして１０ｆｓ以下の超短パルス光を発生可能である。発振器内にあるチタンサファイア結晶では、光強度が強くなると屈折率が大きくなる光カー効果を示すので、チタンサファイアレーザーにおけるモード同期法は、光カー効果を利用してモード間の位相を同期させるカーレンズモード同期法が主流である。【０００３】
従来のカーレンズモード同期法では、１０ｆｓをきるパルス発振器はあるものの、帯域は例えばチタンサファイア結晶の特性で決まっていた。すなわち、利得を得るレーザー素子とモードロック素子（モードロッカー）が同一であり、発振器内の利得を発生する素子に透過型の固体物質が用いられるため、広帯域パルスがそれを通過する際に分散（周波数の違いによる相対位相のズレ）が生じる。したがって、超短パルス、すなわちフーリエ限界パルスを発生させるためには、共振器内で通過する透過光学媒質によって発生する正の分散を補償する必要があり、光共振器内に負の分散素子としてプリズム対やチャープミラーが配置される。【０００４】
また、超短パルス高強度レーザーを得るための有力な方法として、チャープパルス増幅法（ＣＰＡ法）が知られている。レーザー光は、自然光に比較すると極めて波長が揃っているが、微小とはいえ有限のスペクトル幅（光に含まれる波の波長分布）を持っている。ＣＰＡ法においては、まずレーザー発振器から出力されたレーザー光の時間幅（パルス幅）を、このスペクトル幅を利用して拡張（パルス拡張）する。このレーザー光をチャープパルスと呼ぶ。【０００５】
チャープパルスは、パルス幅が拡がった分、パルスの高さ（出力）は低くなっている。このチャープパルスをレーザー増幅器で増幅し、レーザー媒質が損傷しない、ぎりぎりの出力まで高出力化する。チャープパルスの増幅には、波長の違い（スペクトル幅）がある程度あっても増幅できる特性を持ったレーザー媒質が必要である。このような特長をもったレーザー媒質として主なものは、チタンサファイア結晶がある。このようにしてレーザー媒質損傷の限界まで増幅したレーザー光（チャープパルス）を、今度は逆に波長の違いを利用して時間的に短縮（パルス圧縮）する。パルス幅が短くなった分、パルスの高さ（出力）が高くなり、結果としてレーザー媒質損傷の限界値よりも高い、超高出力のレーザー光が得られる。【０００６】
また、特許文献１には、図４に示すようなパラメトリック・チャープパルス増幅装置が開示されている。この装置は、ダイオード、ファイバあるいは固体レーザのような長パルスポンプ光源で発生された光パルスを、光パラメトリック増幅媒質の使用によって、高エネルギー超短光パルスに変換するための装置である。励起源１００は、所定の持続時間で励起光パルスを生成するために用いられ、励起ダイオード１１０およびパルス源１２０からなる。信号源１３０は、発振器１４０と伸長器１５０からなり、信号光パルスを生成する。両光パルスは、光学的結合手段１６０により結合されて結合光パルスが生成される。準位相整合（ＱＰＭ）結晶をもつパラメトリック増幅器１７０は、結合光パルスを受光し、励起光パルスのエネルギーで信号光パルスを増幅する。増幅された信号パルスは、圧縮器１８０により圧縮される。パラメトリック増幅器１７０によってパラメトリック・チャープパルス増幅が行われ、ピークパワーの低い励起光パルスによって信号光パルスの強力な増幅が可能なるので、圧縮器１８０からは高エネルギーの超短光パルスが出力される。【０００７】
パラメトリック・チャープパルス増幅のいくつかの重要な利点のうちの一つは、長パルスポンプ光源の利用を可能にすることである。一般に、そのような光源は複雑でなく、直接的な超短パルス発生と増幅のために、十分な高エネルギーを供給することができる。
【特許文献１】特開平１０−２６８３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のカーレンズモード同期法では、利得を得るレーザー素子とモードロッカーが同一であるため、利得を得るための機能とモードロックの機能の双方について良好な特性が得られるように考慮しなければならなかった。そのため、超短パルス光発振器を、大きな利得で十分に広帯域の超短パルス光が得られるように構成することは困難であった。【０００９】
また、光パラメトリック増幅は、広帯域の超短パルス光を得るために有効な方法であるが、光パラメトリック増幅器にモード同期作用があることが必要である。そのため、上述のカーレンズモード同期法の場合と同様の課題が存在する。一方、光パラメトリック増幅作用は通常のレーザー増幅作用とは異なり、利得媒質におけるエネルギー蓄積がなく、励起光が存在する間だけ増幅器としての利得が発生する。したがって、レーザー増幅作用を利用したモード同期では励起の時間幅やパルスの繰り返しとモード同期の間には強い依存性はないのに対して、光パラメトリック増幅によるモード同期を得るにはそれが大きく影響する。通常の励起パルス光源のパルス幅は、長いか、極端な場合時間的に連続しているので、結果的に発振器が目指すパルス幅と励起光のそれとが大幅に相違する。この結果、発生するパルスのパルス幅が長くなったり、あるいはモード同期が起こらないという不都合が発生する。【００１０】
また、カーレンズモード同期法を用いた場合、モード同期光発振器からの出力は、モード同期が完全な場合、パルス波形としてガウス型になる。言い換えれば、任意の波形の光パルスをレーザー発振器から出力することはできない。これは他のモード同期法を用いた場合も同じである。そのため、モード同期光発振器から出力された光パルスを例えば空間光変調器と４ｆ光学系からなる光シンセサイザーに通すことで、任意の時間波形を持つ光パルスを作り出し、分光実験等に利用していることが多い。この場合光シンセサイザーにおけるパワーロスや実験系の複雑さを避けて通ることはできない。【００１１】
以上のとおり、従来の技術では十分に広帯域の超短パルス光を得ることは困難であり、また中心波長の選択の自由度も十分ではなかった。【００１２】
本発明は、超短パルス光を広帯域で、しかも高い効率で発生させることが可能な広帯域超短パルス光発振器を提供することを目的とする。【００１３】
また、本発明は、付加的な光学素子の使用を抑制した簡素な構成により、より自由度の高い超短パルス光波形を得ることが可能な広帯域超短パルス光発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の広帯域超短パルス光発振器は、広帯域あるいは複数の帯域を有する入射光に対する光増幅を行い光共振器から発振する発振光への光エネルギー変換を行う１つ、あるいは複数の光増幅媒体と、前記光増幅媒体にエネルギーを注入して光エネルギーを発生させるか、または前記光増幅媒体に光エネルギーを注入するエネルギー注入要素と、前記発振光であるパルス光に対して負の分散を与える負の分散素子と、前記パルス光に対してモード同期作用を与えるモードロッカーと、前記パルス光に対して正の分散を与える正の分散素子と、前記光増幅媒体から、前記負の分散素子、前記モードロッカー、および前記正の分散素子を経て前記光増幅媒体に戻るループ状の光路を、順方向または逆方向の少なくとも一方に前記パルス光が巡るように形成された光学系とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成の広帯域超短パルス光発振器によれば、利得を得るための光増幅媒体と、モード同期のためのモードロッカーが独立している。そのため、モードロッカーは非線形チャープが無視できる程度まで極限的に薄くして、共振器の波長分散を極限まで抑えて効果的にモードロックを行い、光増幅媒体では正の分散を与えられたパルス光を増幅することにより高い利得を得て、広帯域で高強度の超短パルス光を高効率で発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における広帯域超短パルス光発振器の構成を示す概念図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２における広帯域超短パルス光発振器の構成を示す概念図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態３における広帯域超短パルス光発振器の構成を示す概念図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、同広帯域超短パルス光発振器の要部の構成を示す概念図である。
【図４】図４は、従来例の光パラメトリック増幅過程を用いた超短パルス光発振器の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  光増幅媒体
２  エネルギー注入要素
３、５、１０、１２  ミラー
４  負チャープミラー
６  モードロック部
７、８  凹面鏡
９  モードロッカー
１１  正チャープミラー
１３  非線形光学結晶
１４  励起光源
２０  周波数変調部
２１、２２  周波数変調器
２３、２４  出射鏡
１００  励起源
１１０  励起ダイオード
１２０  パルス源
１３０  信号源
１４０  発振器
１５０  伸長器
１６０  光学的結合手段
１７０  パラメトリック増幅器
１８０  圧縮器
ωC  正チャープ広帯域パルス光
ωi  アイドラー光
ωm  被変調光パルス
ωO  広帯域超短パルス光
ωP  励起光
ωS  シグナル光
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の広帯域超短パルス光発振器は、上記構成を基本として、以下のような種々の態様をとることができる。【００１９】
すなわち、前記光増幅媒体は、前記光エネルギー変換を光パラメトリック増幅により行うための非線形光学結晶であり、前記非線形光学結晶に前記光パラメトリック増幅のための励起光を供給する励起光源を備えた構成とすることが好ましい。そのように、非同軸光パラメトリック過程を利得過程として利用し、しかも、モード同期をかける部分と利得を得る部分をＣＰＡ法の概念を利用して分離した構成により、励起光のパルス幅が長くても超短パルス光を発生することが可能となる。【００２０】
この構成において、前記パルス光が前記ループ状の光路を順方向に巡り、前記負の分散素子は前記光増幅媒体から出射された前記パルス光に負の分散を与え、前記モードロッカーは前記負の分散素子により負の分散を与えられた前記パルス光に対してモード同期作用を与え、前記正の分散素子は前記モードロッカーによりモード同期がかけられた前記パルス光に対して正の分散を与えるように構成されることが好ましい。【００２１】
また、前記非線形光学結晶に入射する前記パルス光と前記励起光が、各々の光軸が互いに所定の角度をもった非同軸状態になるように前記励起光源および前記光学系が配置されて、非同軸光パラメトリック発振過程による増幅が行われることが好ましい。【００２２】
上記構成の広帯域超短パルス光発振器において、光パラメトリック増幅過程では、励起光が存在するときにのみ利得を有するので、光パラメトリック増幅の効率を最大化し、しかも結晶の損傷を抑制するために、励起光パルスと信号光パルスのパルス幅を整合させる。そのためには、相補的な関係にある負の分散素子と正の分散素子とを用いることが有効である。すなわち、非線形光学結晶に入射する前のパルス光に正の分散を与えて、利得を得る部位である非線形光学結晶においてパルス幅が十分に伸びている状態にする。それにより、発振パルス幅と利得持続時間を整合させて、十分な効率を得ることが可能である。パルス光の利得持続時間を長くしても、非線形光学結晶とは分離されたモードロッカーに入射する光パルスについては、負の分散素子により究極的に短くすることが可能である。【００２３】
前記負の分散素子は、前記パルス光に対してフーリエ限界パルスを形成するように負の分散を与えることが好ましい。【００２４】
前記負の分散素子および前記正の分散素子として、チャープミラーを用いることができる。【００２５】
また、上記いずれかの構成の広帯域超短パルス光発振器において、前記負の分散素子と前記モードロッカーの間に、互いに相補的な関係にある対の周波数変調器が挿入され、前記対の周波数変調器の間からパルス光を取り出すための出射鏡が配置された構成とすることができる。それにより、任意波形を有する光パルスを取り出すことが可能な超短パルス光発振器を構成することが可能となる。【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における広帯域超短パルス光発振器の構成を示す概念図である。【００２８】
この光発振器は、光増幅媒体１、エネルギー注入要素２、負の分散素子４、モードロック部６、および正の分散素子１１を有する。モードロック部６は、一対の凹面鏡７、８とモードロッカー９により構成される。光増幅媒体１から出射したパルス光は、ミラー３を経由して負チャープミラー４に導かれ、さらにミラー５を経由してモードロック部６に入射する。モードロック部６では、パルス光は凹面鏡７、モードロッカー９、凹面鏡８を経由して出射し、ミラー１０、正の分散素子１１、ミラー１２を経由した後、光増幅媒体１に入射する。【００２９】
光増幅媒体１は、広帯域あるいは複数の帯域を有する入射光に対する光増幅を行い、光共振器から発振する発振光への光エネルギー変換を行う機能を持つ。例えばレーザー媒質を用いることができる。但し、利得帯域の広い媒質、例えばチタンサファイアのような媒質を用いることが必要である。光増幅媒体１は、１つに限られず、複数の光増幅媒体を用いることも可能である。エネルギー注入要素２は、光増幅媒体１にエネルギーを注入して光エネルギーを発生させるか、または光増幅媒体１に光エネルギーを注入する機能を持つ。光増幅媒体１がレーザー媒質の場合、エネルギー注入要素２として、例えば電子ビームを供給する装置を用いることができる。【００３０】
負の分散素子４は、光増幅媒体１から出射された発振光であるパルス光に負の分散を与える分散素子である。モードロッカー９は、負の分散素子４により負の分散を与えられたパルス光に対してモード同期作用を与える。すなわち、負チャープミラー４からのパルス光は、モードロック部６において、一対の凹面鏡７、８で反射される間の位置で、モードロッカー９によりモード同期（モードロック）がかけられる。モードロッカー９としては、例えば、大きな光カー効果を示すサファイアプレートなどを用いる。【００３１】
正チャープミラー１１は、モードロックされたパルス光に対して正の分散を与える分散素子である。正チャープミラー１１と負チャープミラー４は、互いに補償し合うように構成される。正チャープミラー１１により正チャープされたパルス光は、ミラー１２を経由して光増幅媒体１に入射する。光増幅媒体１からは、光増幅された正チャープ広帯域パルス（ωC）として出射される。正チャープ広帯域パルス（ωC）は、負チャープミラー４で負の分散を受けることにより、広帯域超短パルス光（ωO）が出力される。【００３２】
なお、上記の説明では、一方の向きに発振されるレーザパルスについてのみ記載したが、図示されるように、逆の向きにもレーザパルスは発振される。【００３３】
本実施の形態において、光増幅媒体１による光増幅過程は、広帯域利得過程として利用される。広帯域と高利得を合わせ持つ光増幅媒体１を、レーザー発振器の利得要素として利用し、大きな光カー効果を示すサファイアプレートなどをモードロッカー９として共振器内に配置することにより、広いスペクトル帯城でモードロック動作が実現できる。その結果、超短パルス光を共振器から直接発生できる。【００３４】
以上のとおり、本実施の形態における発振器では、利得を得るための光増幅媒体１と、モード同期のためのモードロッカー９が独立し、それにより、共振器設計の自由度が向上する。例えば、光増幅媒体１には長い結晶長で大きな利得が得られる素子を選択すれば良い。モードロッカー９は、非線形チャープが無視できる程度まで極限的に薄くできるので、共振器の波長分散を極限まで抑えることが出来る。また、利得部分を分離していることにより、広い帯域での利得発生過程を利用可能となる。【００３５】
光増幅媒体１を利得発生に最適とするためにどのように構成しても、光増幅媒体１とは分離されたモードロッカー９においては、入射する光パルスを究極的に短くすることが可能である。それにより、モードロッカー９において光カー効果が誘発され、カーレンズモード同期が可能となる。モードロッカー９に入射する光パルスを短くするために、正の分散素子としての正チャープミラー１１と互いに補償し合う負の分散素子として、負チャープミラー４が配置される。負チャープミラー４は、モードロッカー９に入射するパルス光がフーリエ限界パルス（超短パルス）となるように負の分散を与えるように構成される。【００３６】
以上のように、分離配置された光増幅媒体１およびモードロッカー９が、光パルスに対してそれぞれ最も効果的に作用するように、正チャープミラー１１と負チャープミラー４を相補的に用いることが、同時に、発振器にチャープパルス増幅の作用を取り込むことになる。その結果、出射ミラー５からの出力光として、広帯域超短パルス光（ωO）を高効率で得ることができる。【００３７】
以上のとおり、この発振器は、チャープパルス増幅と組み合わせることにより大きな威力を発揮する。また、正のチャープ光を発振器から直接取り出せるので、チャープパルス増幅法で見られたパルスストレッチャーを用いる必要がなくなり、超高強度レーザーシステムに組み込めばよりシンプルな装置が可能になる。【００３８】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における広帯域超短パルス光発振器の構成を示す概念図である。本実施の形態では、光パラメトリック増幅過程を用いる。なお、本実施の形態の光発振器は、図１の光発振器における光増幅媒体１とエネルギー注入要素２を、非線形光学結晶１３と励起光源１４に特定した構成を有する。したがって、他の要素は図１の光発振器の場合と同様であり、同一の要素については、同一の参照符号を付して、説明の重複を省略する。【００３９】
図２の光発振器において、励起光源１４から非線形光学結晶１３に入射した励起光（ωP）の光子エネルギーは、シグナル光（ωS）とアイドラー光（ωi）の光子エネルギーに変換される。非線形光学結晶１３から出射したシグナル光（ωS）は、ミラー３を経由して負チャープミラー４に導かれる。負チャープミラー４は、シグナル光（ωS）に負の分散を与える。負チャープされたシグナル光（ωS）は、ミラー５を経由してモードロック部６に入射する。【００４０】
負チャープミラー４からのシグナル光（ωS）は、一対の凹面鏡７、８で反射される間の位置で、モードロッカー９によりモードロックがかけられる。モードロックされたシグナル光（ωS）は、ミラー１０を経由して正チャープミラー１１に導かれる。正チャープミラー１１は、モードロックされたシグナル光（ωS）に対して正の分散を与える。正チャープミラー１１により正チャープされたシグナル光（ωS）は、ミラー１２を経由して非線形光学結晶１３に入射する。【００４１】
励起光源１４としては、例えば、モード同期ＹＡＧピコ秒グリーンパルスレーザを用いる。非線形光学結晶１３としては、例えばβ−ＢａＢ2０4（ＢＢＯ）などを用いる。【００４２】
上記構成の発振器において、シグナル光（ωS）と励起光源１４からの励起光（ωP）とは、光軸が互いに所定の角度をもって交差する非同軸の状態で非線形光学結晶１３に入射するように調整される。それにより、非同軸光パラメトリック発振過程による光パラメトリック増幅が行われる。すなわち、二次非線形光学結晶により、励起光（ωP）の光子エネルギーが、シグナル光（ωS）とアイドラー光（ωi）の光子エネルギーに変換される。本実施の形態において、非同軸光パラメトリック発振過程は、広帯域利得過程として利用される。非同軸光パラメトリック増幅は、以下のような特徴を持つ。【００４３】
１）非線形光学結晶１３としては、例えばβ−ＢａＢ2０4などを用い、上述のようにシグナル光（ωS）と励起光（ωP）が非同軸になるように配置し、非同軸角を適切に選ぶ。それにより、単一波長の励起光（ωP）に対して位相整合できるシグナル光（ωS）の波長幅を広くでき、１００ｎｍをはるかに越える広スペクトル帯域を示す光パラメトリック増幅を実現できる。このように、非同軸光パラメトリック増幅過程を利用することにより、チタンサファイアレーザーを増幅過程として利用した場合などに比べて、利用できる帯域が極めて広くなる。【００４４】
２）利得は非線形光学結晶１３の非線形定数、励起光（ωP）のピークパワー、光波の相互作用時間で決まる。【００４５】
このような広帯域と高利得を合わせ持つ光パラメトリック増幅器を、レーザー発振器の利得要素として利用し、大きな光カー効果を示すサファイアプレートなどをモードロッカー９として共振器内に配置することにより、１００ｎｍをはるかに超える広いスペクトル帯城でモードロック動作が実現できる。その結果、４ｆｓを切るようなモノサイクルパルスに近い超短パルス光を共振器から直接発生できる。【００４６】
利得部分を分離していることにより、利得発生機構として１００ｎｍ以上の帯域を有する非同軸光パラメトリック過程を利得過程として利用可能となる。このように、本実施の形態の発振器によれば、超短パルスの帯域は非同軸光パラメトリック増幅過程によって決まるので、帯域がチタンサファイア結晶の特性で決まっていたのに比べると、より広帯域が得られ、中心波長の選択の自由度が高まる。【００４７】
一方、光パラメトリック増幅過程はレーザー増幅器とは異なり、励起光が存在するときにのみ利得を有するので、共振器長で決まる時間間隔でパルス状に、利得媒質である非線形光学結晶を励起する必要がある。これを実現するために、共振器長に対して正確に同期した繰り返し周波数を有する、例えばモード同期ピコ秒グリーンパルスを励起光（ωP）として用いる。【００４８】
また、光パラメトリック過程においては、利得持続時間は励起パルスが存在している間「に限られる」、もしくは「続く」ことにより、通常のカーレンズモード同期による発振器として構成した場合には、発振パルス幅と利得持続時間のミスマッチが生じ易い。結果として、励起パルスのエネルギーを効率よく利用しながらモード同期発振させることは極めて困難である。本実施の形態の構成によれば、正チャープミラー１１により線形チャープを与え、利得を得る部位である非線形光学結晶１３においてパルス幅が十分に伸びている状態にすることができる。それにより、発振パルス幅と利得持続時間を整合させて、十分な効率を得ることが可能である。【００４９】
（実施の形態３）
図３Ａは、本発明の実施の形態３における広帯域超短パルス光発振器の構成を示す概念図である。この発振器の基本的な構成は、図２に示したものと同様であり、同一の要素については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。【００５０】
本実施の形態においては、負チャープミラー４とモードロッカー９の間に、周波数変調部２０が配置されている。周波数変調部２０は、図３Ｂに示されるように、互いに相補的な関係にある対の周波数変調器２１、２２により構成される。さらに、対の周波数変調器２１、２２の間から被変調光パルス（ωm）を取り出すための出射鏡２３、２４が配置されている。周波数変調器２１、２２としては、例えば音響光学素子を利用した周波数変調器を用いることができる。【００５１】
このように、互いに補償し合う周波数変調器２１、２２を挿入することにより、前段の周波数変調器２１により光パルスに対して変調を行い、任意に波形を形成し、後段の周波数変調器２２により光パルスに対して元の波形に戻す変調を行う。それにより、発振器としての動作には影響を与えることなく、出射鏡２２から任意波形を有する光パルスを取り出すことが可能である。任意波形の光パルスを取り出すことにより、光パルスを用いた各種の実験の自由度が大幅に広がり、研究を進めるうえで強力な手段を提供することができる。【００５２】
なお、図１に示した発振器の基本的な構成に対して、上述のような周波数変調部２０を挿入することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の広帯域超短パルス光発振器は、広帯域の超短パルス光を高い効率で発生させることが可能であり、また中心波長の選択の自由度が高く、超高強度レーザーシステム用として有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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