(57)【要約】【課題】高コントラストを有するパルス光を１０ｎｓ未満の任意のパルス幅で生成することができるパルス光生成装置を提供する。【解決手段】レーザ光を連続出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光路上に配置され、入射されたレーザ光の強度変調を行う電気光学強度変調部と、前記電気光学強度変調部から出射されたパルス光の光路上に配置され、パルス光の消光比を向上させる音響光学強度変調部と、を具備するパルス光生成装置。【選択図】図１
2013205556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を連続出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光路上に配置され、入射されたレーザ光の強度変調を行う電気光学強度変調部と、
前記電気光学強度変調部から出射されたパルス光の光路上に配置され、パルス光の消光比を向上させる音響光学強度変調部と、
を具備するパルス光生成装置。
【請求項２】
レーザ光を連続出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光路上に配置され、入射されたレーザ光の強度変調を行う電気光学強度変調部と、前記電気光学強度変調部から出射されたパルス光の光路上に配置され、パルス光の消光比を向上させる音響光学強度変調部と、を備えるパルス光生成装置と、
前記パルス光生成装置から出射されるパルス光の光路上に配置され、少なくとも１段の増幅器を備え、前記パルス光を増幅する増幅部と、
を具備するパルス生成システム。
【請求項３】
前記増幅部から出射されたパルス光の光路上に配置され、前記増幅部から出射されたパルス光の周波数を変換する波長変換部をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のパルス生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光生成装置に関し、特に、任意のパルス幅において高コントラストを有するパルス光の生成装置及びそれを有するパルス光生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスファイバーレーザは、主にパルス光を生成するシード光源と、１段または複数段の増幅器から構成される。パルスファイバーレーザのパルス幅は、シード光源のパルス幅を変化させることによって変化させることができる。
【０００３】
例えば、非特許文献１及び非特許文献２には、半導体レーザの駆動電流を高速で変調することにより任意のパルス幅を実現することが開示されている。しかし、この方法では、狭い発振線幅を得る必要がある場合、駆動電流の変調によってモードホップやチャープ等の発振線幅を広げる効果を持つ現象が起こるため、駆動電流の最大値に限界が生じる。また、非特許文献１及び非特許文献２に開示された方法では、電流の変調帯域に限界があり、狭い発振線幅を維持しながら１ｎｓ以下のパルス幅を得ることは、大変困難である。
【０００４】
任意パルス幅を得る他の方法としては、連続発振レーザ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ  ｌａｓｅｒ：以下、ＣＷレーザという）と音響光学強度変調器（Ａｃｏｕｓｔ  Ｏｐｔｉｃ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：以下、Ａ−Ｏ変調器という）を用いる方法が特許文献１及び非特許文献３に提案されている。Ａ−Ｏ変調器によってＣＷレーザから任意の波形でその出力を切りだすことができる。ここで、最短パルス幅はＡ−Ｏ変調器の立ち上がり時間（応答時間）に依存することがわかっており、また、Ａ−Ｏ変調器は立ち上がりに所定の時間を要することがわかっている。したがって、特許文献１及び非特許文献３に開示された方法では、Ａ−Ｏ変調器の立ち上がり時間がネックとなり、達成できる最短パルス幅には限界がある。
【０００５】
このようなＣＷレーザとＡ−Ｏ変調器とを用いる方法における最短パルスの限界を解消する方法として、Ａ−Ｏ変調器の代わり、マッハツェンダー型電気光学強度変調器（以下、Ｅ−Ｏ変調器）を用いる方法が非特許文献４において提案されている。Ｅ−Ｏ変調器を用いることにより、立ち上がり時間を短くすることができ、達成できる最短パルス幅をさらに短くすることができる。しかし、この方法は、光波干渉を利用しているため、パルス波形のオンとオフのコントラス比を高くすることが困難である。
【０００６】
このようなＣＷレーザとＥ−Ｏ変調器とを用いる方法におけるコントラスト比の限界を解消する方法として、Ｅ−Ｏ変調器を２台以上直列に接続する方法が非特許文献５において採用された。Ｅ−Ｏ変調器は、パルス生成のための高速電圧信号を入力するほか、光波干渉の位相差を安定化させるための自動バイアス制御（以下、ＡＢＣ制御）を必要とする。複数台のＥ−Ｏ変調器を用いる場合、Ｅ−Ｏ変調器の台数分のＡＢＣ回路が必要となり、シード光源のシステムの構成が複雑化してしまう。
【０００７】
このようなＣＷレーザと２台以上のＥ−Ｏ変調器とを直列で用いる方法における構成の複雑化という問題を解消するために、非特許文献６では、ＣＷレーザと、ＣＷレーザから出射されるレーザ光の光路上に配置され、入射されたレーザ光の強度変調を行うＡ−Ｏ変調器と、Ａ−Ｏ変調器から出射されたパルス光の光路上に配置され、パルス光のファイバ増幅過程で生じる波形の歪みを補正するためのＥ−Ｏ変調器と、を用いたパルス光発生装置が提案された。ここで、Ａ−Ｏ変調器は前段に配置され、Ｅ−Ｏ変調器は後段に配置されている。この方法では、後段のＥ−Ｏ変調器のＡＢＣ回路を十分に機能させることが困難であり、Ｅ−Ｏ変調器による波形の整形は可能であるが、コントラス比を高める機能を持たせることは困難であった。この問題は、パルス幅をＡ−Ｏ変調器だけで達成できる最短パルス幅（約１０ｎｓ）よりも短いパルス幅を得る場合に特に顕著となる。ＡＢＣ制御を十分機能させたＥ−Ｏ変調器は３０ｄＢ〜４０ｄＢの消光比（コントラスト）を得ることができるが、ＡＢＣ制御が機能しない場合、光パルス発生機能そのものが損なわれてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３７２６９１号公報
【非特許文献１】“50W single-mode linearly polarized high peak power pulsed fiber laser with tunable ns-μs pulse duration and kHz-MHz repetition rates” Proceedings of SPIE/vol.6873, 68730C/2008
【非特許文献２】“Fiber amplifier based UV laser source” Proceedings of SPIE/vol.7195, 71950F/2009
【非特許文献３】“High-energy and high-peak-power nanosecond pulse generation with beam quality control in 200-μm core highly multimode Yb-doped fiber amplifiers” Optics Letters/vol.30, No.4/February 15, 2005
【非特許文献４】山本杲也著、「マルチメディア伝送技術選書  光ファイバ通信技術」、日刊工業新聞社、１９９５年６月、１３０〜１３１ページ
【非特許文献５】“高繰り返しパルスファイバーレーザの開発”  レーザー研究/vol.38, No.11/November 2010
【非特許文献６】“High energy Yb-doped fiber MOPA in the ns-kHz regime for large-scale laser facilities front-end” Proceedings of SPIE/vol.7914, 791410/2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
かかる問題を解決するために、高コントラストを有するパルス光を１０ｎｓ未満の任意のパルス幅で生成することができるパルス光生成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、高コントラストを有するパルス光を１０ｎｓ未満の任意のパルス幅で生成し、高出力で出力できるパルス光生成システム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】
【００１１】
本発明の一実施の形態によるパルス光生成装置は、レーザ光を連続出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の光路上に配置され、入射されたレーザ光の強度変調を行う電気光学強度変調部と、電気光学強度変調部から出射されたパルス光の光路上に配置され、パルス光の消光比を向上させる音響光学強度変調部と、を具備する。
【００１２】
本発明の一実施形態によるパルス光生成システムは、レーザ光を連続出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の光路上に配置され、入射されたレーザ光の強度変調を行う電気光学強度変調部と、電気光学強度変調部から出射されたパルス光の光路上に配置され、パルス光の消光比を向上させる音響光学強度変調部と、を備えるパルス光生成装置と、パルス光生成装置から出射されるパルス光の光路上に配置され、少なくとも１段の増幅器を備え、パルス光を増幅する増幅部と、を具備する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、高コントラストを有するパルス光を１０ｎｓ未満の任意のパルス幅で生成することができるパルス光生成装置が提供される。
【００１４】
本発明によると、高コントラストを有するパルス光を１０ｎｓ未満の任意のパルス幅で生成し、高出力で出力できるパルス光生成システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るパルス光生成システム及びパルス光生成装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した本発明の一実施形態に係るパルス光生成装置におけるＥ−Ｏ変調部の概略構成図である。
【図３】図２に示したＥ−Ｏ変調部におけるバイアス制御部の概略構成図である。
【図４】図２に示したＥ−Ｏ変調部に入力される電圧パルス信号と出力されるパルス光の波形を示す図面である。
【図５】図２に示したＥ−Ｏ変調部から出力されるパルス光のパルス幅の測定結果を示すグラフである。
【図６】図１に示した本発明の一実施の形態に係るパルス光生成装置の後段に配置された増幅部の一例を示す概略構成図である。
【図７】増幅部における励起光出力と、増幅部からの増幅光出力との関係を示すグラフである。
【図８】図６に示した増幅部からの増幅光出力を非線形波長変換デバイスにより波長変換した際における変換効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係るパルス光生成装置及びパルス光生成システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態においては、本発明のパルス光生成装置及びパルス光生成システムの一例を示しており、本発明のパルス光生成装置及びパルス光生成システムは、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るパルス光生成システム１０及びパルス光生成装置１００の概略構成図である。図１に示すように、本発明の一実施形態に係るパルス光生成システム１０は、パルス光生成装置１００を具備する。また、パルス光生成システム１０は、パルス光生成装置１００から出力されたパルス光を増幅させる増幅部１０６を含んでもよい。
【００１８】
本発明一実施の形態に係るパルス光生成装置１００は、レーザ光を連続出射する連続発振レーザ光源１０１（以下、ＣＷレーザ光源１０１という）と、ＣＷレーザ光源１０１から出射されたレーザ光の光路上に配置され、入射されたレーザ光の強度変調を行う電気光学強度変調部１０２（以下、Ｅ−Ｏ変調部１０２という）と、Ｅ−Ｏ変調部１０２から出射されたパルス光の光路上に配置され、パルス光の消光比（コントラスト）を向上させる音響光学強度変調器１０３（以下、Ａ−Ｏ変調部１０３という）とを、備えている。ＣＷ光源１０１とＥ−Ｏ変調部１０２とは、導波路及び偏波保持ファイバ１０４ａ（以下、ＰＭファイバ１０４ａという）を介して接続されている。同様に、Ｅ−Ｏ変調部１０２とＡ−Ｏ変調部１０３とは、導波路及び偏波保持ファイバ１０４ｂ（以下、ＰＭファイバ１０４ｂという）を介して接続されている。
【００１９】
増幅部１０６は、導波路及び偏波保持ファイバ１０４ｃ（以下、ＰＭファイバ１０４ｃという）を介してパルス光生成装置１００のＡ−Ｏ変調部１０３に接続されている。増幅部１０６は、必要に応じて省略されてもよい。また、図１において図示はしていないが、パルス光生成システム１０は、Ａ−Ｏ変調部１０３又は増幅部１０６から出力されたパルス光の周波数を変換する波長変換部を備えてもよい。
【００２０】
ＣＷレーザ光源１０１は、連続発振レーザ光を生成する光源である。連続発振レーザ光は、パルス光と比して瞬間的なパワーは低いが高い時間的コヒーレンスを得ることができるレーザ光である。本発明の一実施形態に係るパルス光生成装置１００では、光源にＣＷレーザ光源１０１を用いてパルスレーザ光を生成する。ＣＷレーザ光源１として、半導体レーザを用いてもよい。本実施形態においては、波長が１０６４ｎｍの半導体レーザを用いるが、半導体レーザの波長はこれに限定されるものではなく、適宜変更することができる。また、本願発明のパルス光生成装置１００において使用されるＣＷレーザ光源１０１は、半導体レーザに限定されず、固体レーザやファイバーレーザを用いてもよい。ＣＷレーザ光源１０１で生成されたＣＷレーザ光は、ＣＷレーザ光の光路上に配置されたＥ−Ｏ変調部１０２に入射する。
【００２１】
図２は、Ｅ−Ｏ変調部１０２の概略構成図である。図２に示すように、ＣＷレーザ光源１０１から出射されたＣＷレーザ光は、光分配器２０１、バンドパスフィルタ２０３を通じた後にＰＭファイバ１０４ａを介してＥ−Ｏ変調部１０２に入射されてもよい。
【００２２】
光分配器２０１は、ＣＷレーザ光源１０１から出射されたＣＷレーザ光を所定の分岐比で分岐する。光分配器２０１の分岐比率は、例えば、１：９であってもよい。しかし、光分配器２０１の分岐比率はこれに限定されず、適宜設定されることができる。本実施形態においては、光分配器２０１の分岐比率は１：９に設定する。ＣＷレーザ光源１０１から出射されたＣＷレーザ光の１０％が、バンドパスフィルタ２０３によりノイズを除去された後、ＰＭファイバ１０４ａを介してＥ−Ｏ変調部１０２に入射される。光分配器２０１として、ビームスプリッタや光ファイバ型の光分岐器を用いてもよい。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態において、Ｅ−Ｏ変調部１０２は、マッハツェンダー型変調器２０５（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：以下、ＭＺＭ２０５という）、パルス生成部２１５、バイアス制御部２１７、ＰＭファイバ２１９、光分配器２２１、及び光検出器２２３を備えている。
【００２４】
ＭＺＭ２０５は、ＬｉＮｂＯ３基板上に配置されたＹ字状の入射導波路部と、入射導波路に接続した２つの中間導波路部と、２つの中間導波路部に接続したＹ字状の出射導波路部とを備えている。ＭＺＭ２０５に入射したＣＷレーザ光は、Ｙ字状の入射導波路部で分岐される。Ｙ字状の入射導波路部において分岐されたＣＷレーザ光は、２つの中間導波路部において、それぞれ別々に位相変調される。２つの中間導波路部において、それぞれ別々に位相が変調されたＣＷレーザ光がＹ字状の出射導波路部において合成され、互いに干渉することによりパルス光が生成される。
【００２５】
ＭＺＭ２０５において、一方の中間導波路部には、１対の電極２０７（以下、ＲＦ電極２０７という）が配置されている。ＲＦ電極２０７は、信号電極及び接地電極から構成される。ＲＦ電極の信号電極は、ＲＦ入力端子２１１に接続されており、パルス生成部２１５から所望の電圧パルス信号が印加される。信号電極に所望のＲＦ信号が印加されることにより、ＲＦ電極２０７に電界が生成される。ＲＦ電極２０７に生じた電界に起因して、導波路の屈折率が変化し、導波路を伝搬するレーザ光の位相が変調される。レーザ光の位相シフトは、ＲＦ電極２０７に生じる電界の強度、即ち、ＲＦ電極２０７の信号電極側に印加される電圧の大きさに比例する。生じた位相シフトは、光波干渉により強度変化に変換される。
【００２６】
他方の中間導波路には、１対の電極２０９（以下、ＤＣ電極２０９という）が配置されている。ＤＣ電極２０９は、信号電極及び接地電極から構成される。ＭＺＭ２０５は、光波干渉によって光強度が強め合う動作点（ＭＡＸポイント）と光波干渉によって光強度が弱め合う、即ち、光出力がオフとなる動作点（ＭＩＮポイント）との２つの動作が可能であるが、パルス生成部２１５からＲＦ入力端子２１１に電圧パルス信号が入力されて、ＭＺＭ２０５でパルス光を生成する場合は、動作点をＭＩＮポイントに設定する必要がある。しかし、ＭＺＭ２０５は、温度ドリフトやＤＣドリフトなどにより、動作点が変動する虞がある。動作点が変動すると、光の出力特性が変動してしまうため、ＭＺＭ２０５において、常に一定の変調を行うことができなくなる。また、ＭＺＭ２０５の２つの中間導波路部を伝搬する２つの光波の位相はそれぞれ独立にゆらいでおり、ＤＣ電極２０９への印加電圧を一定に保っていても、動作点をＭＩＮポイントに固定することができない。そこで、ＭＺＭ２０５の動作点電圧を光出力がオフとなる電圧、即ち、ＭＩＮポイントに保つために、ＤＣ電極２０９の信号電極側にＭＺＭ２０５から出力されたパルス光の強度に応じたバイアス電圧を印加する。
【００２７】
本実施形態においては、ＭＺＭ２０５から出力されたパルス光を光分配器２２１によって所定の分岐比で分岐し、光検出器２２３によってパルス光の一部を受光する。光検出器２２３は、受光した光を電気的な信号に変換し、バイアス制御部２１７に出力する。バイアス制御部２１７は、光検出器２２３から出力された信号に応じてバイアス電圧を生成する。生成されたバイアス電圧は、バイアス制御部２１７からＤＣ電極２０９の信号電極が接続されたＤＣ入力端子２１３に供給される。ＭＺＭ２０５からの出力光の強度をフィードバックすることにより、ＭＺＮ２０５の動作点をＭＩＮポイントに保つことができる。
【００２８】
ここで、光分配器２２１の分岐比率は、例えば、９：１であってもよい。しかし、光分配器２２１の分岐比率はこれに限定されず、適宜設定されることができる。本実施形態においては、光分配器２２１の分岐比率は９：１に設定し、ＭＺＭ２０５から出力されたパルス光の１０％を光検出器２２３に供給し、残りの９０％をＥ−Ｏ変調部１０２の後段に配置されたＡ−Ｏ変調器１０３に供給する。光分配器２２１として、ビームスプリッタや光ファイバ型の光分岐器を用いてもよい。また、光検出器２２３として、フォトダイオードを用いてもよい。
【００２９】
図３は、Ｅ−Ｏ変調部１０２におけるバイアス制御部２１７の概略構成図である。バイアス制御部２１７は、ファンクションジェネレータ３０１（以下、ＦＧ３０１という）、ロックインアンプ３０３（以下、ＬＩＡ３０３という）、自動バイアス制御回路３０５（以下、ＡＢＣ回路３０５という）、及び加算器３０７を備えている。
【００３０】
ＦＧ３０１は、一定の微小振幅を有し、任意の周波数ｆ（ｄ）、例えば、５００Ｈｚのディザ信号ｖｄｓｉｎ（２πｆ（ｄ）ｔ）を生成する。ここで、任意の周波数ｆ（ｄ）を５００Ｈｚとしたが、本発明はこれに限定されない。ＦＧ３０１において生成されたディザ信号ｖｄｓｉｎ（２πｆ（ｄ）ｔ）は、加算器３０７に出力される。また、ＦＧ３０１において生成されたディザ信号は、参照信号ｒｅｆｆ（ｄ）としてＬＩＡ３０３に出力される。
【００３１】
ＬＩＡ３０３には、ＦＧ３０１から供給された５００Ｈｚの参照信号ｒｅｆｆ（ｄ）と、光検出器２２３から出力された信号ｖｓとが入力される。ＬＩＡ３０３は、参照信号ｒｅｆｆ（ｄ）に基づいて信号ｖｓから動作点のずれを検出し、誤差電圧信号Ｙを生成する。ＬＩＡ３０３は、生成した誤差電圧信号ＹをＡＢＣ回路３０５に出力する。
【００３２】
ＡＢＣ回路３０５は、ＬＩＡ３０３から供給された誤差電圧信号Ｙに基づいて、バイアス電圧を補正し、補正されたバイアス電圧Ｖ＋Ｙを加算器３０７に出力する。加算器３０７は、ＡＢＣ回路３０５から供給された補正されたバイアス電圧Ｖ＋ＹにＦＧ３０１から供給されたディザ信号ｖｄｓｉｎ（２πｆ（ｄ）ｔ）を重畳してＤＣ入力端子２１３に出力する。ここで、ディザ信号ｖｄｓｉｎ（２πｆ（ｄ）ｔ）は、ＤＣ入力端子２１３から出力されて、ＤＣ電極２０９の信号電極側に印加され、ＭＺＭ２０５において周波数ｆ（ｄ）の光強度変調信号となるが、動作点がＭＩＮポイントにある場合、その光強度変調信号振幅は最小（ゼロ）となる。ＡＢＣ回路３０５では、光検出器２２３によって検出された信号ｖｓに含まれる周波数ｆ（ｄ）の光強度変調信号が常に最小（ゼロ）となるようにＤＣ入力端子２１３に出力するバイアス電圧を自動的に調節する。
【００３３】
以上に説明したようなバイアス制御部２１７によって、ＭＺＭ２０５から出力されたパルス光の強度に基づいて、ＤＣ入力端子２１３に印加するバイアス電圧を自動的に調節することにより、ＭＺＮ２０５の動作点を常にＭＩＮポイントに保つことができる。これにより、ＭＺＭ２０５は、４０ｄＢ程度の消光比を維持することができ、安定したパルス光を生成することが可能となる。
【００３４】
バイアス制御部２１７による自動バイアス制御を動作させながら、ＲＦ入力端子２１１にパルス幅２ｎｓ、繰り返し周波数１ＭＨｚの電圧パルス信号（ＲＦ信号）を入力した場合における、ＭＺＭ２０５から出力されるパルス光の波形とパルス幅の測定結果を図４及び図５に示す。図４は、Ｅ−Ｏ変調部１０２のＭＺＭ２０５に入力される電圧パルス信号（ＲＦ信号）とＭＺＭ２０５から出力されるパルス光の波形を示す図面であり、図５は、ＭＺＭ２０５から出力されるパルス光のパルス幅の測定結果を示すグラフである。測定結果によると、ＭＺＭ２０５から出力されるパルス光のパルス幅は、約２．１８ｎｓであった。
【００３５】
ＭＺＭ２０５で生成されたパルス光は、上述したように、光分配器２２１によって所定の分岐比で分岐され、一部が光検出器２２３に供給されて、残りがＥ−Ｏ変調部１０２の光路上に配置されたＡ−Ｏ変調器１０３に出力される。本実施形態においては、ＭＺＭ２０５で生成されたパルス光の１０％が光検出器２２３に供給されて、残りの９０％がＰＭファイバ１０４ｂを介してＡ−Ｏ変調部１０３に出力される。
【００３６】
Ａ−Ｏ変調部１０３は、光学ガラスや光学結晶等の光学材料内を伝搬する超音波の光回折によってレーザ光の光路を偏向するデバイスであるＡ−Ｏ変調器であってもよい。ここで、超音波の周波数は数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚであり、本実施形態では超音波の周波数は２００ＭＨｚとする。また、本実施形態では、超音波でパルスレーザが偏向（回折）される方向をＡ−Ｏ変調部１０３出力としている。したがって、Ａ−Ｏ変調部１０３の出力の消光比は、５０ｄＢ以上とすることが可能である。
【００３７】
本実施形態では、Ａ−Ｏ変調器の光学材料中を伝搬する超音波は、Ａ−Ｏ変調器に入力するトリガ電圧信号と同期して、発生・停止が可能である。超音波の発生・停止間の遷移時間は、超音波の伝搬速度とレーザビーム径とに左右されるが、本実施形態では、１０ｎｓとする。また、本実施形態において、超音波の持続時間は２５ｎｓと設定する。
【００３８】
本実施形態におけるＭＺＭ２０５の応答時間は最短７０ｐｓであり、Ａ−Ｏ変調器よりも高速である。また、ＭＺＭ２０５の消光比は４０ｄＢ程度であり、Ａ−Ｏ変調器の消光比は５０ｄＢ以上である。これらを踏まえて、本実施形態では、Ｅ−Ｏ変調部１０２のＭＺＭ２０５において約２ｎｓ以下のパルス幅を有するパルス光を生成し、Ａ−Ｏ変調部１０３により消光比（コントラスト）の向上を実現している。
【００３９】
以上に説明した構成による本発明の一実施形態に係るパルス光生成装置１００によって、高コントラストを有するパルス光を１０ｎｓ未満の任意のパルス幅で生成することができる。
【００４０】
本実施形態において、ＣＷレーザ光源１０１から出射されたレーザ光の光路上に、先ずＥ−Ｏ変調部１０２を配置し、Ｅ−Ｏ変調部１０２から出射されたパルス光の光路上に、パルス光の消光比を向上させるＡ−Ｏ変調部１０３を配置している。本実施形態においては、Ｅ−Ｏ変調部１０２とＡ−Ｏ変調部１０３との順番を入れ替えることはできない。順番を入れ替えると、Ｅ−Ｏ変調部１０２におけるＭＺＭ２０５の自動バイアス制御におけるディザ信号周波数の光強度変調信号が動作点によらず消失してしまうため、自動バイアス制御が不可能となるからである。
【００４１】
上述したように、パルス光生成システム１０は、レーザ光を連続出射するＣＷレーザ光源１０１と、ＣＷレーザ光源１０１から出射されたレーザ光の光路上に配置され、入射されたレーザ光の強度変調を行うＥ−Ｏ変調部１０２と、Ｅ−Ｏ変調部１０２から出射されたパルス光の光路上に配置され、パルス光の消光比を向上させるＡ−Ｏ変調部１０３と、を具備するパルス光生成装置１００を備えている。以下では、パルス光生成装置１００に接続された増幅部１０６によって、Ａ−Ｏ変調部１０３から出射されたパルス光を増幅部１０６で増幅して高出力化を図る例を説明する。但し、本発明のパルス光生成システム１０はこれに限定されず、増幅部１０６は必要に応じて省略されてもよい。
【００４２】
図６は、増幅部１０６の一例を示す概略構成図である。増幅部１０６では、２段のファイバ増幅器で増幅を行うことにより高出力化を図った。しかしながら、本発明はこれに限定されず、増幅部１０６は少なくとも１段の増幅器を備えていればよい。
【００４３】
図６を参照すると、増幅部１０６は、ＦＣ／ＡＰＣ６０１ａ〜６０１ｃ、サーキュレータ６０３、励起レーザ光源６０５ａ、６０５ｂ、光結合器６０７ａ、６０７ｂ、ゲインファイバ６０９ａ、６０９ｂ、ファイバーブラッググレーティング６１１（以下、ＦＢＧ６１１という）、バンドパスフィルタ６１３、アイソレータ６１５、モードフィールドアダプタ６１７ａ、６１７ｂ（以下、ＭＦＡ６１７ａ、６１７ｂという）、及びエンドキャップ６１８を含む。励起レーザ光源６０５ａ、光結合器６０７ａ及びゲインファイバ６０９ａが第１の増幅器６１０ａを構成し、励起レーザ光源６０５ｂ、光結合器６０７ｂ及びゲインファイバ６０９ｂが第２の増幅器６１０ｂを構成する。上述した増幅部１０６の各構成は、導波路により接続されている。
【００４４】
Ａ−Ｏ変調部１０３から出力されたパルス光は、ＰＭファイバ１０４ｃ及びＦＣ／ＡＰＣ６０１ａを介して、サーキュレータ６０３に入射する。サーキュレータ６０３は３つのポートを有しており、パルス光生成装置１００から出力されたパルス光は、第１のポート（図示せず）に入射される。第１のポートに入射したパルス光は、第２のポート（図示せず）から出力されて導波路を通じて光結合器６０７ａに入射する。サーキュレータ６０３の第２のポートから出力されたパルス光と励起レーザ光源６０５ａから出力されたレーザ光とが光結合器６０７ａで結合され、ゲインファイバ６０９ａを介して増幅されてＦＢＧ６１１に出力される。本実施形態においては、ゲインファイバ６０９ａとして、モード径約６μｍの偏波保持Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバを用いる。ここでは、ゲインファイバ６０９ａを励起するために、励起レーザ光源６０５ａからは、９７６ｎｍ波長の励起光が出力される。ＦＢＧ６１１に入射した増幅光は、反射されて再度ゲインファイバ６０９ａを介して増幅されて、サーキュレータ６０３の第２のポートに戻り、サーキュレータ６０３の第３のポート（図示せず）から出力される。
【００４５】
サーキュレータ６０３の第３のポートから出力された増幅光は、ＦＣ／ＡＰＣ６０１ｂ、バンドパスフィルタ６１３、ＦＣ／ＡＰＣ６０１ｃ、アイソレータ６１５、ＭＦＡ６１４７ａを介してゲインファイバ６０９ｂに入射する。本実施形態においては、ゲインファイバ６０９ｂとして、モード径約１２μｍの偏波保持Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバを用いる。ゲインファイバは６０９ｂは、光結合器６０７ｂを介して出射される励起レーザ光源６０５ｂからの励起光によって励起され、入射された増幅光をさらに増幅して出射する。ここで、ゲインファイバ６０９ｂを励起するために、励起レーザ光源６０５ｂからは、９７６ｎｍ波長の励起光が出力される。ゲインファイバ６０９ｂから出射された増幅光は、ＭＦＡ６１７ｂを介してエンドキャップ６１８から出射される。
【００４６】
パルス生成装置１００から出力されたパルス光を、図６に示したような２段のファイバ増幅器で増幅することにより、エンドキャップ６１８から出力されるパルス光の平均出力は、約８００ｍＷまで増幅される。図７は、パルス生成装置１００から出力されたパルス光のパルス幅が２ｎｓ、繰り返し周波数が１ＭＨｚとした際における、増幅部１０６における励起レーザ光源からの励起光出力と、増幅光出力との関係を示すグラフである。図７に示すように、増幅部１０６の増幅光出力は、励起レーザ光源から出射される励起光の出力に比例する。
【００４７】
パルス生成システム１０は、パルス生成装置１００から出射されたパルス光、若しくは増幅部１０６から出力された増幅光の周波数を変換する波長変換部を備えてもよい。本実施形態では、パルス生成システム１０が、増幅部１０６から出力された増幅光の周波数を変換する波長変換部６１９を具備する例を説明する。但し、本発明はこれに限定されず、パルス生成システム１０において増幅部１０６が省略される場合、波長変換部６１９はパルス生成装置１００の後段に配置されてもよく、必要に応じて省略されてもよい。
【００４８】
本実施形態では、増幅部１０６から出力された増幅光を波長変換部６１９により波長１０６４ｎｍから波長５３２ｎｍに変換する例を説明する。図６に示すように、波長変換部６１９は、集光レンズ６２０ａ、６２０ｂ、非線形波長変換デバイス６２１、反射鏡６２３ａ、６２３ｂを含む。ここでは、波長変換部６１９において２つの集光レンズ６２０ａ、６２０ｂを使用しているが、集光レンズの数は適宜変更することができる。集光レンズ６２０ａ、６２０ｂは増幅部１０６から出力された増幅光の光路上に配置され、非線形波長変換デバイス６２１は、集光レンズ６２０ｂから出射される光の光路上に配置される。
【００４９】
増幅部１０６のエンドキャップ６１８から出射された増幅光は、集光レンズ６２０ａ、６２０ｂを介して非線形波長変換デバイス６２１に入射される。ここで、非線形波長変換デバイス６２１は、周期分極反転構造を有するタンタル酸リチウム結晶（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｔａｎｔａｌａｔｅ ｃｒｙｓｔａｌ：ＰＰＬＴ ｃｒｙｓｔａｌ）であってもよい。非線形波長変換デバイス６２１に入射された１０６４ｎｍの波長を有する増幅光は、一部はそのまま透過し、一部が５３２ｎｍの波長を有する光（第２高調波）に変換されて、非線形波長変換デバイス６２１から出射される。非線形波長変換デバイス６２１から出射された１０６４ｎｍの波長を有する光及び５３２ｎｍの波長を有する光は、反射鏡６２３ａに入射する。反射鏡６２３ａは、波長選択性鏡であり、多層膜反射鏡などが用いられてもよい。１０６４ｎｍの波長を有する光は、反射鏡６２３ａを透過して出射されてもよい。５３２ｎｍの波長を有する光は、反射鏡６２３ａによって反射され、光路上に配置された反射鏡６２３ｂによってさらに反射されて出射されてもよい。
【００５０】
非線形波長変換デバイス６２１として、ＰＰＬＴ ｃｒｙｓｔａｌを使用し、デバイスの素子長が１０ｍｍのものを使用した場合において、１０６４ｎｍの波長を有するパルス光の平均出力が７５０ｍＷのとき、非線形波長変換デバイス６２１で生成された５３２ｎｍの波長を有する第２高調波は１９５ｍＷであった。図８は、非線形波長変換デバイス６２１により１０６４ｎｍの波長を有するパルス光を５３２ｎｍの波長を有する第２高調波に波長変換した際における変換効率を示すグラフである。このとき、最大変換効率は２６％であった。図８を参照すると、実験結果は非線形数ｄｅｆｆ＝１０．９ｐｍ／Ｖの理論曲線８０１に沿っていることから、パルス光が高いコントラストを有していることがわかる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  パルス生成システム
１００  パルス光生成装置
１０１  ＣＷレーザ光源
１０２  Ｅ−Ｏ変調部
１０３  Ａ−Ｏ変調部
１０６  増幅部
２０５  マッハツェンダー型変調器
２１７  バイアス制御部
６１９  波長変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図８】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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