(57)【要約】【課題】  レーザー光の強度を変調する方法として、電気光学効果を利用する方法がある。複屈折性を示す結晶にレーザー光を通過させ、ポッケルス効果を用いてレーザー光の偏光方向を急峻に変化させ、レーザー光強度を変調する方法である。しかし、この方法は変調周波数が１０ＧＨｚ程度に限られる欠点がる。【解決手段】  図１のように、連続発振レーザーを高反射率の共振器に集光する。共振器中にラマン媒質を入れておくと、誘導ラマン現象により、ラマンレーザー光が発生する。入射レーザー光と発生したラマンレーザー光の光ビート現象により、入射レーザー光が強度変調される。その周波数はラマンシフト周波数により決まり、水素の場合には１７THzとなる。したがって、電気光学効果を利用する方法より、１０００倍程度高い周波数で光強度を変調することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を、ラマン媒質に導入することにより、前記レーザー光の強度を変調する装置。
【請求項２】
前記ラマン媒質として、水素を用いることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置において、水素の回転に基づく効果を用いる請求項２の装置。
【請求項４】
前記ラマン物質として、重水素を用いることを特徴とする請求項１に記載の装置
【請求項５】
前記装置において、重水素の回転に基づく効果を用いる請求項４の装置。
【請求項６】
前記装置において、前記ラマン媒質を共振器中に入れることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記装置において、前記ラマン媒質をホロコア・フォトニック結晶ファイバー中に入れることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光の超高速光強度変調に係る。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光の強度を変調する方法として、音響光学素子を用いる方法（ＡＯＭ）がある。ガラスに圧電素子を接着し、この圧電素子に高周波電圧を印加すると、ガラス中に粗密波が定常的に形成される。そこにレーザー光を通過させると、高周波電圧を印加している時間だけ、レーザー光が回折され、レーザー光の方向が偏移する。ピンホールを用いて偏移したレーザー光を除くことにより、入射レーザー光の強度を変化、すなわち変調することができる。
【０００３】
レーザー光の強度を変調する方法として、電気光学素子を用いる方法（ＥＯＭ）もある。複屈折性を示す結晶にレーザー光を通過させ、この結晶に接着した電極に高電圧を印加することにより、レーザー光の偏光方向を９０度変化させる。偏光板を用いて偏光したレーザー光のみを通過、あるいは遮断することにより、レーザー光の強度を変調することができる。
【０００４】
上記の２つの方法の変調速度の上限は、ＡＯＭが１００ＭＨｚ程度、ＥＯＭが１０ＧＨｚ程度である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記状況を鑑みて、分子の誘導ラマン現象（分子の回転エネルギー、あるいは振動エネルギーだけ異なる周波数のレーザー光を発生する現象）を利用し、超高速で光強度を変調する装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を解決するために、
［１］レーザー光を、ラマン媒質（誘導ラマン現象を効率よく起こす物質）に導入することにより、前記レーザー光の強度を変調する。
【０００７】
［２］上記［１］記載のラマン物質として、水素を用いてもよい。
【０００８】
［３］上記［２］記載の装置において、水素の回転に基づく効果を用いてもよい。
【０００９】
［４］上記［１］記載のラマン物質として、重水素を用いてもよい。
【００１０】
［５］上記［４］記載装置において、重水素の回転に基づく効果を用いてもよい。
【００１１】
［６］上記［１］から［５］のいずれかの記載装置において、前記ラマン物質を共振器中に入れてもよい。
【００１２】
［７］上記［１］から［５］のいずれかの記載装置において、前記ラマン物質をホロコア・フォトニック結晶ファイバー中に入れてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００１４】
（１）レーザー光を、ラマン媒質に導入することにより、誘導ラマン現象によってラマンレーザー光を発生させる。入射レーザー光と発生したラマンレーザー光の光ビート現象を利用して、入射レーザー光の強度を変調することができる。
【００１５】
（２）ラマン物質として水素を用いることにより、効率よくラマンレーザー光を発生できる。
【００１６】
（３）水素分子の回転に基づく回転ラマン現象を用いることにより、１７ＴＨｚの周波数で光強度を変調することができる。
【００１７】
（４）ラマン物質として重水素を用いることにより、効率よくラマンレーザー光を発生できる。
【００１８】
（５）重水素分子の回転に基づく回転ラマン現象を用いることにより、５THｚの周波数で光強度を変調することができる。
【００１９】
（６）ラマン媒質を共振器中に入れることにより、ラマンレーザーの発生閾値を低減できるので、出力の低い連続発振レーザーの光強度を変調することができる。
【００２０】
（７）ラマン媒質を、ホロコア・フォトニック結晶ファイバー中に入れることにより、ラマンレーザーの発生閾値を低減できるので、出力の低い連続発振レーザーの光強度を変調することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
誘導ラマン現象によりラマンレーザー光を発生させ、入射レーザー光と発生したラマンレーザー光の光ビート現象を利用して、入射レーザー光の強度を変調させる。ラマン媒体を交換すること、及び分子の回転と振動のいずれかの周期を用いることにより、変調周波数を変えることができる。なお、ラマン媒質をラマン共振器中やホロコア・フォトニック結晶ファイバー中に入れることにより、ラマンレーザー光の発生閾値を著しく低減することができる。以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例を示す装置（原理）である。連続発振レーザー光１を、レンズ２によりラマン物質３を封入した高反射率鏡からなる共振器４に集光する。共振器内では、誘導ラマン現象により、ラマンレーザー光が発生する（たとえば非特許文献１、２参照）。したがって、共振器からは、入射レーザー光と発生したラマンレーザー光が同時に出射する。
【非特許文献１】J. Opt. Soc. Am. B, 16, 717 (1999)
【非特許文献２】Opt. Lett., 27, 1226 (2002)
【００２３】
図２は、図１の原理に基づき製作した装置の構造を示したものである。すなわち、分子の運動周期で光強度を変調できる分子光学変調器である。
【００２４】
図３は、装置から出射したレーザー光のスペクトルを測定した結果である。入射レーザー光と共に、水素の回転に基づき発生した回転ラマンレーザー光のスペクトルが観測されている。
【００２５】
２つのレーザー光は同軸状に出射する。その出射したレーザー光の強度は、それぞれのレーザー光（電磁波）の振幅の和の２乗となる。このため、梵鐘のうなりのように、差周波の波が発生する。したがって、レーザー光強度が周期的に変化することになる。
【００２６】
図４は、オートコリレーターを用いて、共振器から出射したレーザー光の強度変化を測定した結果（オートコリレーションレース）である。細かな強度変化は、光が波であることに起因しており、その間隔は２．７ｆｓ（２．７×１０−１５秒）である。一方、大きなうなりは、分子光学変調器による強度変調に起因しており、５７ｆｓの時間周期になっている。
【００２７】
この時間周期は、水素分子が１回転する時間に相当し、回転ラマンシフト周波数の５８７ｃｍ−１により決まる。このように回転誘導ラマン現象を用いると、１７ＴＨｚの超高速光強度変調が可能になる。
【００２８】
この周波数は、水素分子の分子定数により決まり、その値は普遍で一定である。すなわち、レーザーのパラメーターなどの影響を受けず、光強度変調周波数の標準として利用することができる。
【００２９】
誘導ラマン現象として、回転ラマン現象の代わりに、ラマンシフト周波数が４１５５ｃｍ−１である振動ラマン現象（たとえば非特許文献３参照）を用いることもできる。このためには、共振器の高反射率の波長領域を、ラマンレーザーの波長に合わせる必要がある。この場合には、変調周波数が１２５ＴＨｚになる。また、ラマン媒質として重水素を用いることもできる。回転ラマン現象を用いた場合には５THｚ、振動ラマン現象を用いた場合には９０ＴＨzの変調周波数が得られる。
【非特許文献３】J. Opt. Soc. Am., 16, 1305 (1999)
【００３０】
本発明と同様な効果を得るため、共振器の代わりにホロコア・フォトニック結晶ファイバー（たとえば非特許文献４参照）を用いることもできる。これにより共振器の場合と同様に、光とラマン媒質の相互作用長を実質的に長くすることができるので、ラマン光発生の効率を飛躍的に高めることができる。
【非特許文献４】Phys. Rev. Lett., 93, 123903 (2004)
【実施例２】
【００３１】
入射レーザー光からストークス光（入射レーザー光より周波数が低いラマンレーザー光）だけでなく、アンチストークス光（入射レーザー光より周波数が高いラマンレーザー光）などの高次ラマンレーザー光が発生する場合には、それらの３つ以上の波の“うなり”の重ね合わせにより、インパルス波形が生じる。たとえば、非特許文献５、特許文献１では、水素を共振器中に入れて１０本程度のラマンレーザー光が発生した場合には、１７ＴHzの光パルス列が生じることが示されている。また、重水素を用いた場合には、５ＴＨｚの光パルス列が発生する。一方、振動ラマン現象を用いれば、１２５ＴＨｚ、９０ＴＨｚの光パルス列を得ることもできる。
【非特許文献５】Phys. Rev. Lett., 87, 3901 (2001)
【特許文献１】特願平11-24560、及びPCT/JP00/00535
【００３２】
しかし、共振器を用いた場合には、アンチストークス光の発生効率が低く、十分鋭いインパルス波形を得ることが困難である。これに対して、ホロコア・フォトニック結晶ファイバーを用いた場合には、容易に、かつ効率よくアンチストークス光を発生させることができるので、鋭いインパルス波形が得られる。したがって、超高速光通信や光コンピューターの超高速クロックパルス等として利用することができる。
【実施例３】
【００３３】
ホロコア・フォトニック結晶ファイバー中のラマン媒質にパルスレーザー光を集光すると、ラマン光の発生に伴って、２波長の光の場合は入射パルスの包絡線内にビート（サイン）波形が、３波長以上になった場合は入射パルスの包絡線内にパルス波形が発生する。たとえば、入射光として１００ｆｓ以下のパルス幅のレーザーを用いると、単一の超短パルスが得られる。このような手法は、超短パルス光のパルス圧縮技術として広く利用できる。
【００３４】
本技術内容は、すでにProvisional Application Form（特許文献２参照）として米国へ出願している。
【特許文献２】Provisional Application Form (US60/645,385)
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例を示す分子光学変調器（原理図）
【００３６】
【図２】図１の原理を実現した装置
【００３７】
【図３】図２の装置から出射したレーザー光のスペクトル
【００３８】
【図４】図２の装置を用いて変調したレーザー光の強度変化を測定した結果（オートコリレーションレース）
【符号の説明】
【００３９】
１  入射レーザー
２  集光レンズ
３  ラマン媒質
４  共振器
５  圧力計
６  水素導入口
７  ラマンセル窓
８  電圧導入端子
９  ラマンセル
１０  微調ステージ  
１１  入射レーザー光
１２  回転ラマンレーザー光（ストークス光）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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