(57)【要約】【課題】任意の中心光周波数に対し、パルス幅が１ピコ秒以下で、繰り返し周波数が４０ＧＨｚを超える短パルス光が発生できるようにする。【解決手段】所望とする中心光周波数の連続したレーザー光（ＣＷ光）を発生する光源１０１と、光源１０１からのＣＷ光を設定された周波数ｆrepで位相変調して光パルス列を出力する位相変調部１０２とを備える。また、非線形光学媒質から構成されて位相変調部１０２で位相変調されて出力された光パルス列の各光パルスのパルス幅（時間幅）を圧縮する分散付与部１０３と、非線形光学媒質から構成されて分散付与部１０３で圧縮された光パルス列の光強度を増幅する光増幅部１０４と、光増幅部１０４で増幅された光パルス列より線スペクトル（光コム）を光周波数軸上で間引いて光波形を整形する波形整形部１０５とを備える。【選択図】  図１
2013120202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望とする中心光周波数の連続したレーザー光を発生する光源と、
前記光源からのレーザー光を設定された周波数で位相変調して光パルス列を出力する位相変調手段と、
非線形光学媒質から構成されて前記位相変調手段より出力された光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮する分散付与手段と、
非線形光学媒質から構成されて前記分散付与手段で圧縮された前記光パルス列の光強度を増幅する光増幅手段と、
前記位相変調手段より出力された前記光パルス列より線スペクトルを光周波数軸上で間引いて光波形を整形する波形整形手段と
を少なくとも備えることを特徴とするパルス光発生装置。
【請求項２】
請求項１記載のパルス光発生装置において、
前記波形整形手段で光波形が整形された前記光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮する第２の分散付与手段を備えることを特徴とするパルス光発生装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のパルス光発生装置において、
前記波形整形手段は、前記光増幅手段で増幅された前記光パルス列より線スペクトルを光周波数軸上で間引いて光波形を整形することを特徴とするパルス光発生装置。
【請求項４】
所望とする中心光周波数の連続したレーザー光を発生する第１ステップと、
前記光源からのレーザー光を設定された周波数で位相変調して光パルス列とする第２ステップと、
前記光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮する第３ステップと、
パルス幅が圧縮された前記光パルス列の光強度を非線形光学媒質から構成された光増幅手段で増幅する第４ステップと、
前記位相変調手段より出力された前記光パルス列より線スペクトルを光周波数軸上で間引いて光波形を整形する第５ステップと
を少なくとも備えることを特徴とするパルス光発生方法。
【請求項５】
請求項４記載のパルス光発生方法において、
光波形が整形された前記光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮する第６ステップを備えることを特徴とするパルス光発生方法。
【請求項６】
請求項４または５記載のパルス光発生方法において、
前記第５ステップは、前記光増幅手段で増幅された前記光パルス列より線スペクトルを光周波数軸上で間引いて光波形を整形することを特徴とするパルス光発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の周波数を測定するためなどに用いる光コムを実現するためのパルス光発生装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、キャリアエンベロープオフセット(ＣＥＯ)制御技術の進展により、可視光領域から通信波長領域に至るまで広帯域なモード同期レーザーを用いることで、ＣＥＯ制御光コム（Comb）が実現されてきた。ＣＥＯ制御光コムは、高品質な高繰り返し・超短光パルス列光源として産業分野や基礎科学分野など様々な分野で強く望まれている。
【０００３】
基礎科学分野では、光の短パルス化は、超高速現象計測の時間分解能の向上に寄与する。また、パルス繰り返し周波数の高速化は、信号対雑音比の増大に寄与する。例えば、１０ＧＨｚ以上の高繰り返し周波数でパルス幅がフェムト秒の短パルスレーザーは、微弱な超高速現象の観測に適している。また、高繰り返し周波数の短パルスレーザーは、超高速通信システム，精密計測，低位相雑音マイクロ波発生，光サンプリングへの応用にも期待されている。産業界では、超高速大容量な光伝送システムなどへの応用にも期待されている。
【０００４】
現状では、電気的制御の限界を超える１ＴＨｚ以上の繰り返し周波数を持つＣＥＯ制御光コムの実現は困難であり（非特許文献１〜３参照）、繰り返し周波数は４０ＧＨｚ程度が上限となっている。現在、ＣＥＯ制御するための短パルスレーザー光源として、共振器装置を備えた受動モード同期レーザーが用いられている。受動モード同期レーザーは、通常、光を増幅する利得媒質と共振器とを備えている。
【０００５】
この共振器の縦モードの共振周波数はｃ／２Ｌ（ｃは光速）の整数倍である。なお、Ｌは、共振器の共振器長である。レーザーが発振するレーザー光のスペクトルの幅は非常に狭いが、このスペクトル幅よりも共振器の共振周波数の間が狭いと、共振器において複数のモード（周波数）で共振する。このとき、各モードの位相を揃える（モード同期する）ことにより、パルス繰り返し周波数「ｆrep＝ｃ／（２Ｌ）」でレーザー光が強められる。これにより、パルス繰り返し周波数ｆrepのパルスレーザー光が生成される。このため、受動モード同期レーザーの中心光周波数は、共振器内に設置された利得媒質に依存する。
【０００６】
例えば、利得媒質としてチタンサファイア結晶を使用した場合、発振可能な波長は６５０−１１００ｎｍの赤外領域から近赤外領域にかけてである。ただし、最も効率良く発振できる波長は８００ｎｍであり、レーザー中心光周波数が限定される。また、受動モード同期レーザーは、共振器内に設置する利得媒質と光学部品の空間配置などの制約から共振器長を短くすることができず、共振器長で決まるパルス繰り返し周波数は、一般的に１ＧＨｚ程度が上限となる。
【０００７】
さらに、パルス繰り返し周波数を変化させるための共振器長の調整範囲は、光共振器の横モード安定性条件に制限される。従って、パルス繰り返し周波数の可変範囲も小さい。また、モードロックレーザーは、外部環境の影響を受けやすいという問題点もある。このため、近赤外波長域では、チタンサファイアレーザーで実現されているＣＥＯ制御光コムは、繰り返し周波数が１０ＧＨｚ程度である（非特許文献１参照）。また、通信波長帯では、エルビウムドープファイバーレーザーによるＣＥＯ制御光コムで、最高繰り返し周波数が、３００ＭＨｚ程度に留まっている。
【０００８】
また、最近、ＣＷ半導体レーザーを種光源にし、位相変調器と強度変調器で発生した光パルス列をＣＥＯ制御に使用する提案がされた（特許文献１参照）。この技術では、高い精度で、任意の中心光周波数および繰り返し周波数の光コム（光周波数コム）が得られる。しかし、この技術においても、４０ＧＨｚを超える高繰り返し超短パルス光の発生は困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１１６２４２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】A. Bartels，D. Heinecke, and S. A. Diddams，"10-GHz self-referenced optical frequency comb"，Science，Vol.326， p.681, 2009.
【非特許文献２】S. Pekarek, T. Sudmeyer, S. Lecomte, S. Kundermann, J. M. Dudley, and U. Keller，"Self-referenceable frequency comb from a gigahertz diode-pumped solid-state laser", Optics Express，Vol.19，No.17，pp.16491-16497，2011.
【非特許文献３】Jin-Long Peng, Tze-An Liu and Ren-Huei Shu,"Octave-spanning fiber laser comb with 300 MHz comb spacing for optical frequency metrology", Conf. on Lasers and Electro-optics (CLEO), Baltimore, MD，USA, May 2009，paper CtuK3.
【非特許文献４】M. Kourogi, B. Widiyatomoko, Y. Takeuchi, and M. Ohtsu, "Limit of optical-frequency comb generation due to material dispersion", IEEE J. Quantum Electron. vol.31, no.12, pp.2120-2126, 1995.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上に説明したように、これまで開発され、また提案された光コム光源の中で、共振器装置を備えた受動モード同期レーザーをベースにしたものでは、４０ＧＨｚを超えるパルス繰り返し周波数の光コム（パルス光）を達成することが困難であった。加えて、中心光周波数とパルス繰り返し周波数の可変範囲が、限定されるという問題点もあった。
【００１２】
また、ＣＷ半導体レーザーを種光源とし、位相変調器と強度変調器で発生した光パルス列をＣＥＯ制御に使用する光コム生成の技術では、位相変調器の動作周波数で繰り返しを行い、周波数の上限が決定されるため、４０ＧＨｚ程度が最高繰り返し周波数になるという問題点があった。
【００１３】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、任意の中心光周波数に対し、パルス幅が１ピコ秒以下で、繰り返し周波数が４０ＧＨｚを超える短パルス光が発生できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るパルス光発生装置は、所望とする中心光周波数の連続したレーザー光を発生する光源と、光源からのレーザー光を設定された周波数で位相変調して光パルス列を出力する位相変調手段と、非線形光学媒質から構成されて位相変調手段より出力された光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮する分散付与手段と、非線形光学媒質から構成されて分散付与手段で圧縮された光パルス列の光強度を増幅する光増幅手段と、位相変調手段より出力された光パルス列より線スペクトルを光周波数軸上で間引いて光波形を整形する波形整形手段とを少なくとも備える。
【００１５】
上記パルス光発生装置において、波形整形手段で光波形が整形された光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮する第２の分散付与手段を備えるようにしてもよい。また、波形整形手段は、光増幅手段で増幅された光パルス列より線スペクトルを光周波数軸上で間引いて光波形を整形するようにするとよい。
【００１６】
また、本発明に係るパルス光発生方法は、所望とする中心光周波数の連続したレーザー光を発生する第１ステップと、光源からのレーザー光を設定された周波数で位相変調して光パルス列とする第２ステップと、光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮する第３ステップと、パルス幅が圧縮された光パルス列の光強度を非線形光学媒質から構成された光増幅手段で増幅する第４ステップと、位相変調手段より出力された光パルス列より線スペクトルを光周波数軸上で間引いて光波形を整形する第５ステップとを少なくとも備える。
【００１７】
上記パルス光発生方法において、光波形が整形された光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮する第６ステップを備える。また、第５ステップは、光増幅手段で増幅された光パルス列より線スペクトルを光周波数軸上で間引いて光波形を整形するようにするとよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、連続したレーザー光を位相変調した後、パルス幅を圧縮して光増幅し、この後、光パルス列より線スペクトルを光周波数軸上で間引いて光波形を整形するようにしたので、任意の中心光周波数に対し、パルス幅が１ピコ秒以下で、繰り返し周波数が４０ＧＨｚを超える短パルス光が発生できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるパルス光発生装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、制御部１１１の構成を示す構成図である。
【図３】図３は、位相変調部１０２で位相変調されたパルス列のスペクトル帯域の状態を示す特性図である。
【図４】図４は、位相変調部１０２で位相変調されたパルス列の各パルスの幅が、分散付与部１０３により圧縮された状態を示す特性図である。
【図５】図５は、波形整形部１０５による、光コムが間引かれる状態、および光パルスの繰り返しの間隔がより短くなる状態を示す説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２におけるパルス光発生装置の構成を示す構成図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３におけるパルス光発生装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００２１】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるパルス光発生装置の構成を示す構成図である。このパルス光発生装置は、まず、所望とする中心光周波数の連続したレーザー光（ＣＷ光）を発生する光源１０１と、光源１０１からのＣＷ光を設定された周波数ｆrepで位相変調して光パルス列を出力する位相変調部１０２とを備える。
【００２２】
光源１０１は、例えば、ＣＷ光を放出する半導体レーザーである。位相変調部１０２は、マイクロ波基準周波数発生器１２１より出力（発生）される繰り返し周波数ｆrepの繰り返し基準信号で、光源１０１からのＣＷ光を位相変調して光パルス列を出力する。マイクロ波基準周波数発生器１２１は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送出されるＧＰＳ信号を受信し、受信したＧＰＳ信号を参照信号として出力するものである。ＧＰＳ信号は、周波数が既知の電気信号であり、また、この周波数は高い確度が保たれている。
【００２３】
また、マイクロ波基準周波数発生器１２１より出力される繰り返し基準信号は、マイクロ波増幅部１２２により増幅されて位相変調部１０２に供給される。マイクロ波増幅部１２２は、例えば、よく知られている複数のマイクロ波増幅器を並列接続することで、周波数帯域をＤＣから４０ＧＨｚまで増幅可能とされている。このようにすることで、位相変調部１０２では、周波数ＤＣから４０ＧＨｚの可変範囲で周期的にアップチャープとダウンチャープを発生させることができる。
【００２４】
また、このパルス光発生装置は、非線形光学媒質から構成されて位相変調部１０２で位相変調されて出力された光パルス列の各光パルスのパルス幅（時間幅）を圧縮する分散付与部１０３と、非線形光学媒質から構成されて分散付与部１０３で圧縮された光パルス列の光強度を増幅する光増幅部１０４と、位相変調部１０２より出力された光パルス列より線スペクトル（光コム）を光周波数軸上で間引いて光波形を整形する波形整形部１０５とを備える。図１に示す例では、位相変調部１０２より出力されて光増幅部１０４で増幅された光パルス列より、波形整形部１０５で線スペクトルを光周波数軸上で間引いて光波形を整形する場合を示している。
【００２５】
分散付与部１０３は、例えば、光ファイバー，ファイバーグレーティング，および平面型光波回路で構成することができる。例えば、ガラスブロックやモードフィールド径の大きい光ファイバーあるいは回折格子などを用いることにより、光パルス列が分散媒質を伝搬する際に非線形効果を起こさずにパルス圧縮をすることができる。また、光増幅部１０４は、例えば、よく知られているエルビウムドープ光ファイバーなどを用いればよい。
【００２６】
分散付与部１０３では、後段の光増幅部１０４において、自己位相変調効果などの非線形効果により、入力される増幅対象の光パルス列のスペクトル帯域をより広く拡張できる状態となるように、光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮する。このように圧縮された光パルス列を入力した光増幅部１０４においては、例えば、１〜２Ｗ以上に光増幅することで、光増幅部１０４の内部で非線形効果を起こし、増幅している光パルス列の光スペクトル帯域を拡大させている。
【００２７】
このようにスペクトル帯域を拡大させることで、光パルス列の各光パルスの幅をさらに圧縮できるようになり、後段の波形整形部１０５により、パルス幅２００フェムト秒程度の短パルス光発生の発生を可能としている。
【００２８】
波形整形部１０５では、上述したように光スペクトル帯域が拡大された光パルス列より、波長軸上で線スペクトルを間引く。波形整形部１０５は、例えば、ＡＷＧ素子や液晶変調器などから構成できる。なお、波形整形部１０５より出力された光パルス列の各光パルスが、所望とするパルス幅となっていない場合、後段の分散付与部（第２の分散付与手段）１０６により、パルス幅を圧縮すればよい。
【００２９】
ところで、光源１０１より出力されるＣＷ光の周波数は、位相変調部１０２より出力された一部の光パルス列を分岐部１１０で分岐して取得し、この分岐した一部の光パルス列を用いて制御部１１１により帰還制御している。制御部１１１では、入力された光パルス列のスペクトル帯域を拡大し、スペクトル帯域を拡大した光パルス列より得られる第ｎ高調波（ｎは２以上の整数），および短波長成分の第ｎ−１高調波の周波数差の光信号（光ビート）を検出して光電変換し、光電変換した電気信号を用い、供給される参照信号と比較することで、光源１０１における共振周波数，注入電流，および温度などを可変し、出力されるレーザーの中心周波数を制御する（特許文献１参照）。
【００３０】
制御部１１１は、図２に示すように、入力した光パルス列のスペクトル帯域を拡大する非線形光学媒質１１２と、入力される光パルス列より第２高調波や第３高調波を生成し、第２高調波と基本波とを干渉させ、また、第３高調波と第２高調波とを干渉させる自己参照型干渉計１１３と、自己参照型干渉計１１３により発生する光ビートを光電変換して電気信号として出力する光検出器１１４とを備える。非線形光学媒質１１２は、例えば、コアの周りに多数の空孔を設けてこの領域を等価的に屈折率を低下させたクラッドとしたフォトニック結晶ファイバーなどの、非線形光学効果を発現する非線形光ファイバーにより構成すればよい。
【００３１】
また、制御部１１１は、光検出器１１４より出力された電気信号と外部から得るマイクロ波参照周波数（参照信号）とを比較参照して光源１０１を帰還制御する帰還制御回路１１５を備える。外部から得るマイクロ波参照周波数は、例えば、ＧＰＳ衛星から送出されるＧＰＳ信号を用いればよい。これは、マイクロ波基準周波数発生器１２１と同様である。
【００３２】
以下、実施の形態１におけるパルス光発生装置の動作について、より詳細に説明する。まず、第１ステップで、光源１０１より、中心波長が任意に設定されたＣＷ光を発生させる。光源１０１は、波長可変なＣＷ光源を用いるようにしてもよい。
【００３３】
次に、第２ステップで、光源１０１から出力されたＣＷ光を、位相変調部１０２において、マイクロ波基準周波数発生器１２１から出力される繰り返し周波数ｆrepの信号に応じて位相変調し、光パルス列を出力する。マイクロ波基準周波数発生器１２１から出力される繰り返し周波数ｆrepは、マイクロ波増幅部１２２により増幅されて位相変調部１０２に供給される。
【００３４】
次に、第３ステップで、位相変調部１０２より出力された光パルス列の各光パルスのパルス幅が、分散付与部１０３により圧縮される。分散付与部１０３では、時間軸上で光パルス列の各光パルスの時間幅（パルス幅）を狭める（圧縮する）。位相変調部１０２において、例えば、ｆrep＝２５ＧＨｚおよび変調指数２０で変調する場合、図３に示すように、位相変調されたパルス列のスペクトル帯域は２４ｎｍまで拡張している。分散付与部１０３では、上述したように位相変調されたパルス列の各パルスの幅（パルス幅）を、図４に示すように圧縮する。図４に示される自己相関波形では、計算によりパルス幅は２３０フェムト秒（ｆｓ）となる。言い換えると、一般に用いられている光ファイバーなどから構成した分散付与部１０３により、パルス幅を２３０フェムト秒にまで短パルス化することができる。
【００３５】
次に、第４ステップで、上述したようにパルス幅が圧縮された光パルス列の光強度を非線形光学媒質から構成された光増幅部１０４により、例えば、１〜２Ｗ以上に増幅する。光増幅部１０４に入力される光パルス列は、各光パルスの幅が圧縮されているので、光増幅部１０４の内部で、自己位相変調効果などの非線形効果により光スペクトル帯域が拡大される。このように光スペクトル帯域を拡大することで、さらに光パルス幅を圧縮できるようになる。例えば、後段の波形成径部１０５により、各光パルスのパルス幅が２００フェムト秒程度の短パルス光列が発生できる程度に、光スペクトル帯域を拡大すればよい。
【００３６】
次に、第５ステップで、波形整形部１０５により、位相変調部１０２より出力された光パルス列より光コム（線スペクトル）を光周波数軸上で間引いて光波形を整形する。ここでは、１例として、光増幅部１０４で増幅された光パルス列より光コムを光周波数軸上で間引いて光波形を整形する。例えば、光パルス列の繰り返し周波数が１０ＧＨｚ以上であると、波形整形部１０５により、光周波数軸上の各々の光コムを、各々個別に（１本ずつ）強度および位相の制御が可能である。従って、入力された光パルス列より、光周波数軸上で光コムを等間隔に間引くことができる。
【００３７】
光パルス列において、光周波数軸上での光コムの間隔が、各光パルスの繰り返し周波数を表す。従って、光コムが図５の（ａ−１）に示す周波数間隔ｆ１とされ、各光パルスが図５の（ａ−２）に示す時間間隔（１／ｆ１）で繰り返されている光パルス列より、波形整形部１０５を用いて光コムを間引き、図５の（ｂ−１）に示すように光周波数軸上での光コムの間隔を周波数間隔ｆ２と広げることにより、図５の（ｂ−２）に示すように、光パルスの繰り返しの間隔をより短く（１／ｆ２）する。光パルスの繰り返しの間隔をより短くすることで、繰り返し周波数の増加が可能となる。
【００３８】
また、このように、光コムを間引いて繰り返し周波数を増加させることで、各光パルスのパルス幅を狭くすることができる。前段の光増幅部１０４の出力の段階において、光パルス列の光スペクトル帯域が十分に拡大されていれば、波形整形部１０５において、より多くの間引きが可能となり、光周波数軸上での光コムの間隔をより広げることが可能となる。この結果、繰り返し周波数を、例えば４０ＧＨｚを超えたものとし、各光パルスのパルス幅を、例えば１ピコ秒未満とした、所望の短パルス光とすることが可能となる。
【００３９】
次に、第６ステップで、波形整形部１０５により光波形が整形された光パルス列の各光パルスのパルス幅を、さらに分散付与部１０６で圧縮し、所望とする短パルスの光パルス列を得る。例えば、波形整形部１０５では、まだ、パルス幅が２００フェムト秒以下となっていない場合、光パルス列のパルス幅を２００フェムト秒以下まで圧縮する。ここで、第５ステップの波形整形部１０５の処理の結果、各光パルスのパルス幅が、例えば２００フェムト秒以下と所望の短パルス光が得られている場合、第６ステップにおけるパルス幅の圧縮は行わなくてもよい。なお、光パルス列発生用のマイクロ波基準周波数発生器１２１で出力される基準周波数と、波形整形部１０５で設定する光パルス列の繰り返し周波数との関係はプログラム制御されている。
【００４０】
以上述べた各ステップを行うことで、ＣＷ光源を種光源とし、パルス幅２００フェムト秒以下の短パルス光を発生することができる。ＣＷ光源は、任意の中心周波数が得られるので、実施の形態１によれば、任意の中心光周波数および繰り返し周波数に対し、繰り返し周波数が４０ＧＨｚを超え、パルス幅が１ピコ秒未満の短パルス光が発生できるようになる。また、モード同期レーザーと比較して２−３桁以上パルス繰り返し周波数が高く、かつ、パルス繰り返し周波数が広範囲に可変な光源が実現できる。
【００４１】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態２におけるパルス光発生装置の構成を示す構成図である。このパルス光発生装置は、まず、所望とする中心光周波数の連続したＣＷ光を発生する光源１０１と、光源１０１からのＣＷ光を設定された周波数ｆrepで位相変調して光パルス列を出力する位相変調部１０２とを備える。
【００４２】
位相変調部１０２は、マイクロ波基準周波数発生器１２１より出力される繰り返し周波数ｆrepの繰り返し基準信号で、光源１０１からのＣＷ光を位相変調して光パルス列を出力する。また、マイクロ波基準周波数発生器１２１より出力される繰り返し基準信号は、マイクロ波増幅部１２２により増幅されて位相変調部１０２に供給される。
【００４３】
また、このパルス光発生装置は、位相変調部１０２で位相変調されて出力された光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮する分散付与部１０３と、分散付与部１０３で圧縮された光パルス列の光強度を増幅する光増幅部１０４と、光増幅部１０４で増幅された光パルス列より光コムを光周波数軸上で間引いて光波形を整形する波形整形部１０５とを備える。また、光源１０１より出力されるＣＷ光の周波数を、位相変調部１０２より出力された一部の光パルス列を分岐部１１０で分岐して取得し、この分岐した一部の光パルス列を用いて帰還制御する制御部１１１を備える。上述した構成は、前述した実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００４４】
実施の形態２では、上述した構成に加え、位相変調部１０２と分散付与部１０３とに間に、位相変調部１０２より出力される光パルス列の強度を変調する強度変調部６０１を備える。このように、強度変調部６０１を配置することで、位相変調部１０２で発生したＤＣベース部分を取り除くことができ、分散付与部１０３で各パルスのパルス幅を圧縮した際のＤＣ成分の抑圧に寄与することができる。
【００４５】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態３におけるパルス光発生装置の構成を示す構成図である。このパルス光発生装置は、まず、所望とする中心光周波数の連続したＣＷ光を発生する光源１０１と、光源１０１からのＣＷ光を設定された周波数ｆrepで位相変調して光パルス列を出力する位相変調部１０２とを備える。
【００４６】
位相変調部１０２は、マイクロ波基準周波数発生器１２１より出力される繰り返し周波数ｆrepの繰り返し基準信号で、光源１０１からのＣＷ光を位相変調して光パルス列を出力する。また、マイクロ波基準周波数発生器１２１より出力される繰り返し基準信号は、マイクロ波増幅部１２２により増幅されて位相変調部１０２に供給される。
【００４７】
また、このパルス光発生装置は、位相変調部１０２で位相変調されて出力された光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮する分散付与部１０３と、分散付与部１０３で圧縮された光パルス列の光強度を増幅する光増幅部１０４と、光増幅部１０４で増幅された光パルス列より光コムを光周波数軸上で間引いて光波形を整形する波形整形部１０５とを備える。また、光源１０１より出力されるＣＷ光の周波数を、位相変調部１０２より出力された一部の光パルス列を分岐部１１０で分岐して取得し、この分岐した一部の光パルス列を用いて帰還制御する制御部１１１を備える。
【００４８】
また、位相変調部１０２と分散付与部１０３とに間に、位相変調部１０２より出力される光パルス列の強度を変調する強度変調部６０１を備える。上述した構成は、前述した実施の形態２と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００４９】
実施の形態３では、強度変調部６０１と、分散付与部１０３との間に、波長フィルタ７０１を備えるようにした。このように、波長フィルタ７０１を設けることで、位相変調部１０２より出力される光パルス列に発生している非線形チャープ部分を取り除くことができる。これにより、分散付与部１０３でパルス幅を圧縮した際のペデスタルを抑圧できるようになる。
【００５０】
以上に説明したように、本発明によれば、任意の中心光周波数に対し、パルス幅が１ピコ秒以下で、繰り返し周波数が４０ＧＨｚ以上の短パルス光の発生が可能となる。また、パルス列の繰り返し周波数を連続可変することも可能である。本発明によれば、従来よりも２〜３桁以上のパルス繰り返し周波数が高い短パルス光を、ＣＷ光源を種光源とした非常に簡素化した光学構成で生成できるので、フェムト秒短パルス光を利用した超精密加工，超高速光通信，超高速現象の分光，細胞操作やＤＮＡ観察などの発展に従来以上に寄与するものであり、本発明が非常に優れていることが分かる。
【００５１】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、波形整形部を光増幅部の後段に設けるようにしたが、これに限るものではない。波形整形部は、位相変調部より後のいずれかの箇所に設けられていればよい。例えば、位相変調部の後段に波形整形部が設けられていてもよく、分散付与部と光増幅部との間に波形整形部が設けられていてもよい。いずれにおいても、少なくとも繰り返し周波数が４０ＧＨｚを超える短パルス光が発生できるようになる。この中で、光増幅部の後段に波形整形部を設ける構成とすることで、例えば、パルス幅が２００フェムト秒以下で、繰り返し周波数が１ＴＨｚと、より短パルスのパルス光が得られるようになる。
【００５２】
また、例えば、パルス光源として、非特許文献４に開示されているように、ファブリペロー共振器内に電気光学変調器を設置した構成を用い、深い周波数変調をＣＷ光にかけて、ＦＭ側帯波を発生させるようにしてもよい。この構成の場合、マイクロ波の基準周波数の信号は、上記電気光学変調器に供給する構成となる。
【００５３】
また、位相を変調する手段として、非特許文献１に開示されたマッハツェンダー型位相変調器と分散減少ファイバーとからなる構成を用いてもよい。この構成の場合、マイクロ波の基準周波数の信号は、マッハツェンダー型位相変調器に供給する構成となる。これらの位相変調手段を用いて光パルス列を発生させる手法では、共振器長の制限を受けないために、最大４０ＧＨｚのパルス繰り返し周波数の光パルス列の発生が実現可能となる。
【００５４】
また、上述では、光増幅手段として、エルビウムドープ光ファイバーを用いる例を示したが、これに限るものではない。例えば、ネオジムおよびイッテルビウムなどの、他の希土類元素をドープした光ファイバーを光増幅手段に用いるようにしてもよいことは、いうまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
１０１…光源、１０２…位相変調部、１０３…分散付与部、１０４…光増幅部、１０５…波形整形部、１０６…分散付与部（第２の分散付与手段）、１１０…分岐部、１１１…制御部、１１２…非線形光学媒質、１１３…自己参照型干渉計、１１４…光検出器、１１５…帰還制御回路、１２１…マイクロ波基準周波数発生器、１２２…マイクロ波増幅部。
【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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