(57)【要約】  光学パラメトリック発生器６０１は、光学系６０９を提供するシードレーザー６０５であって、当該シードレーザーは、信号波の信号周波数またはアイドラー波のアイドラー周波数のいずれかにおいてシードビームを与えるように構成されている、ところのシードレーザー６０５と、光学系６０９を提供する所定のタイプのポンピングレーザー６０３であって、当該ポンピングレーザー６０３はポンピング波として超短光学パルスを放射する、ところのポンピングレーザー６０３と、光学系６０９内に配置された所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶６１５とを有し、所定のタイプの結晶６１５および所定のタイプのポンピングレーザー６０３は、信号波またはアイドラー波がポンピング波のエッジでロックされるように選択されることを特徴とする。
2017517038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を提供するシードレーザーであって、前記シードレーザーは、信号波の信号周波数またはアイドラー波のアイドラー周波数のいずれかにおいてシードビームを与えるように構成されている、ところのシードレーザーと、
前記光学系を提供する所定のタイプのポンピングレーザーであって、ポンピングレーザーはポンピング波として超短光学パルスを放射する、ところのポンピングレーザーと、
前記光学系内に配置された所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶と
を備え、
前記所定のタイプの結晶および前記所定のタイプのポンピングレーザーは、前記信号波または前記アイドラー波が前記ポンピング波のエッジでロックされるように選択される、ことを特徴とする光学パラメトリック発生器。
【請求項２】
前記ポンピングレーザーによって放射される前記超短光学パルスは、１ピコ秒以下の間隔を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項３】
前記光学パラメトリック発生器は、高利得のパラメトリック発生器である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項４】
前記光学パラメトリック発生器の前記利得は、４０〜７０ｄＢ／ｃｍの範囲である、ことを特徴とする請求項３に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項５】
前記光学パラメトリック発生器の前記利得は、５０〜６０ｄＢ／ｃｍの範囲である、ことを特徴とする請求項４に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項６】
前記光学パラメトリック発生器の前記利得は、６０〜７０ｄＢ／ｃｍの範囲である、ことを特徴とする請求項４に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項７】
前記所定のタイプの結晶は、リチウムニオブ酸塩、および、リチウムタンタル酸塩から成る集合から選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項８】
前記所定のタイプの結晶は、５〜２５ｍｍの長さを有する結晶から選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項９】
前記所定のタイプのポンピングレーザーは、７５０ｎｍ〜１１００ｎｍ、または、１０００ｎｍ〜１０５０ｎｍの範囲の波長、または、１．０６μｍの波長を有するポンピング波を生成するポンピングレーザーから選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１０】
前記所定のポンピングレーザーは、イッテルビウム、チタンドープサファイア、ネオジムからなる集合内の活性媒体を有するポンピングレーザーから選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１１】
前記信号波、前記アイドラー波および／または前記ポンピング波の偏向は、複屈折位相マッチングを達成するように選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１２】
前記信号波、前記アイドラー波および／または前記ポンピング波の偏向は、疑似位相マッチングを達成するように選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１３】
前記ポンピング波は、７５０ｎｍと１１００ｎｍの間にあり、前記光学パラメトリック発生器の前記利得は、前記ポンピング波を中央赤外領域に変換する、ことを特徴とする請求項１２に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１４】
前記結晶は、リチウムタンタル酸塩、リチウムニオブ酸塩、または、チタンリン酸カリウムまたはその同形体である、ことを特徴とする請求項１３に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１５】
前記結晶の長さは、それぞれの群速度により相互作用するポンピング波、アイドラー波および信号波の完全な分離を導くのに十分な長さである、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１６】
前記所定のタイプの結晶および前記所定のタイプのポンピングレーザーは、前記ポンピング波が、前記信号波の群速度および前記アイドラー波の群速度の平均である群速度を有するように選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１７】
前記非線形結晶の前記長さと、前記ポンピング波、前記信号波および前記アイドラー波の群指数との間の関係は、Ｌｃ＞ｃτｐ／（|ｎｇ：ｐ−ｎｇ：ｓ,ｉ|）であり、ここで、Ｌｃは、非線形結晶の長さであり、ｎｇ：ｐ,ｓ,ｉは、それぞれポンピング、信号およびアイドラー波の群指数であり、τｐはポンピング波の間隔である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１８】
前記所定のタイプの結晶および前記所定のタイプのポンピングレーザーは、前記ポンピング波の群速度が、前記信号波の群速度と前記アイドラー波の群速度との間に存在するように選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１９】
光学系を提供するシードレーザーと、前記光学系を提供する所定のタイプのポンピングレーザーであって、前記ポンピングレーザーはポンピング波として超短光学パルスを放射するところのポンピングレーザーと、前記光学系内に配置された所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶とを有する光学パラメトリックを制御する方法であって、
信号波の信号周波数またはアイドラー波のアイドラー周波数のいずれかで、シードビームを与えるよう前記シードレーザーを構成する工程と、
前記信号波または前記アイドラー波が前記ポンピング波のエッジでロックされるように、前記所定のタイプの結晶および前記所定のタイプのポンピングレーザーを選択する工程と、
を備える方法。
【請求項２０】
ポンピング波群速度が信号波群速度およびアイドラー波群速度の間に存在するように、前記所定のタイプの結晶および前記所定のタイプのポンピングレーザーを選択する工程をさらに備える、ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、概して、光学パラメトリック発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、中央赤外領域内において、出力を生成するいくつかの異なるコヒーレントな光源（ソース）が存在する。それは、例えば、量子カスケードレーザー、赤外線ダイオードレーザー、ＣＯ２およびＣＯガスレーザーおよび光学パラメトリック発振器、および、光学パラメトリック発生器を含む。これらのシステムの多くで、出力は、ピコ秒またはナノ秒の範囲での連続放射または比較的長いパルスである。この波長範囲でのピコ秒以下のソースは、比較的少なく、ポンピングパワーがそれほど高い必要のない同期ポンピング光学パラメトリック発振器（ＯＰＯ）に基づく複雑なシステム、または、非常に高パワーの超短パルスレーザーによってポンプされる必要がある光学パラメトリック発生器（ＯＰＧ）に限定される。
【０００３】
光学パラメトリックアンプ（ＯＰＡ）、光学パラメトリック発振器（ＯＰＯ）および光学パラメトリック発生器（ＯＰＧ）などの非線形光学デバイスは、すべて３波混合（３ＷＭ）に基づいている。これらのタイプのデバイスは、コヒーレントな中央赤外線光を生成するのに使用可能である。これらのデバイスにおいて、異なる光学周波数での３波は、二次オーダーの非線形材料内で相互作用する。それは、印加された光学電場に対して二次オーダーに比例する偏向を示す材料である。異方性材料のみが、強誘電体結晶のような二次オーダーの非線形性を示す。ＯＰＯおよびＯＰＡの場合、ポンピング波に最大周波数、信号波に中間周波数、および、アイドラー波に最小周波数を指定することが便利である。
【０００４】
ポンピング波が角度周波数ωｐを有する場合、信号波は角度周波数ωｓ、アイドラー波は角度周波数ωｉを有し、エネルギー保存則によりωｐ＝ωｓ＋ωｉの関係を満たす。エネルギー保存則に関して、ωｐ,ｓ,ｉの値に対する特定の制限はない。しかし、これらの相互作用する波の間で効率的にエネルギーを転送するために、第２の条件として運動量保存則を同時に満足しなければならない。これは、ｋｐ＝ｋｓ＋ｋｉの関係によって記述される。ここでｋｐ,ｓ,ｉは、相互作用波の波ベクトルで、ｋｐ,ｓ,ｉ＝ｎｐ,ｓ,ｉωｐ,ｓ,ｉ／ｃであり、ここでｎｐ,ｓ,ｉはポンピング信号およびアイドラー信号における線形屈折率である。概して、屈折率の分散のため、ｎｐ≠ｎｓ≠ｎｉであり、運動量保存則は特別の技術の使用を要求する。これらの既存のいくつかは、波の偏向および複屈折結晶内の結晶軸に関する伝搬方向が、位相マッチング条件を達成するように選択されるところの複屈折マッチング、および、非線形結晶に沿って異なる領域から生成されたアイドラー波と生成された信号波との建設的干渉を達成するべく、光学的非線形性の符号が伝搬方向に沿って周期的に反転するところの周期的ポーリングを通じた疑似位相マッチングを含む。後者の場合、非線形性の符号の周期的反転は、位相マッチング関係がｋｐ＝ｋｓ＋ｋｉ＋ｋｇとなるように、付加的な波ベクトルｋｇ＝２π／Λｇ（ここでΛｇは格子間隔である）を作成する。Λｇの適当な変更により、位相マッチングが達成可能となる。
【０００５】
波どうしの相互作用は、多くの標準的な教科書に記載されている３つの結合波動方程式によって記述される。エネルギー保存則は、ポンピング光子の破壊が信号およびアイドラー周波数において一対の光子の生成を導くことを暗示する点に注意すべきである。したがって、エネルギーは、ポンピング波から信号波およびアイドラー波へ転送され、これは、信号およびアイドラー波がポンピング波を犠牲にして増幅されることを暗示する。ある近似において、信号およびアイドラー周波数での利得は、解析的表現によって表すことが可能であり、これは標準的な教科書に記載されている。
【０００６】
複屈折位相マッチングまたは疑似位相マッチングのいずれかを使って位相がマッチングされたとき、トータル利得は、Ｇ＝１／４ｅｘｐ（２Γｌ）、ここでΓはパラメトリック利得係数、ｌは材料を通過する伝搬距離、Γ＝ｓｑｒｔ（２ωｓωｉｄｅｆｆ２ｌｐ／ｎｐｎｓｎｉε０ｃ３）であり、ここで、ｌｐはポンピング強度、ｄｅｆｆは材料の有効二次オーダーの非線形性、ε０は自由空間の誘電率、ｎｐ,ｓ,ｉはそれぞれポンピング、信号およびアイドラー波での線形屈折率である。数ピコ秒以下の間隔を有する短い光学パルスを少なくとも使用する際に、パラメトリックアンプの利得は、材料の光学的ダメージの閾値より低い強度において、非常に大きい（＞６０ｄＢ／ｃｍ）ことに注目すべきである。この点で、光学的パラメトリックアンプは、通常のレーザー媒体より非常高い利得を与えることが可能である。
【０００７】
上述した利得に対する解析的表現は、非線形結晶内で連続波または比較的長いパルスの間で生じることを仮定している。しかし、パルスがより短くなるに従い、特に、それがピコ秒より短くなると、付加的ファクタを考慮しなければならない。
【０００８】
疑似線形材料において、ピコ秒以下の短いパルスの伝搬速度は、群指数によって決定され、それは、波長λにおいて、ｎｇ＝ｎ−λｄｎ／ｄλであり、ここで、ｎは波長λでの媒体の線形屈折率である。屈折率の分散のため、異なる波長での群指数もまた異なり、それは、Ｖｇ＝ｃ／ｎｇによって与えられる異なる群速度で伝搬する異なる波長のパルスを導く。概して、群速度は、パルスのピークが伝搬する速度を示し、屈折率ｎによって直接決定されるパルスを作成する波面の位相速度と異なる。加えて、パルスは群速度分散（ＧＶＤ）、ＧＶＤ＝−λ／ｃｄ２ｎ／ｄλ２によって時間的に広がる。これらの両方のパラメータの値は、波長によって大きく変化する。
【０００９】
例示として、周期的に分極したリチウムニオブ酸塩（ＰＰＬＮ）に基づくパラメトリックアンプの場合を考える。通常のネオジウムまたはイッテルビウムレーザーから入手可能なものに近い１．０４μｍのポンピング波長、および、１．４０７μｍの信号波長を選択した場合、それらの組みあわせは、４μｍのアイドラー波長を生成する。ポンピング、信号およびアイドラー波の群速度は、それぞれｃ／２．２１００４、ｃ／２．１８２４２、ｃ／２．２３５７３である。ここで、ｃは、真空中の光の速度であり、約３×１０８ｍ／ｓである。間隔が１００ｆｓのパルスを考えた場合、ポンピングおよび信号波は結晶内部でわずか１．０９ｍｍの距離を伝搬した後に分離し、ポンピングおよびアイドラー波は１．１７ｍｍ後に分離する。したがって、３ＷＭは、しばしば少なくとも同一線上の伝搬に対して、結晶のｍｍ長のオーダーに限定される。有効な結晶長は非常に短いため、このことは、もし極端に高いレーザー強度が使用されなければ、トータル利得が小さいことを意味する。後者の状況は、フェムト秒増幅チタンサファイアレーザーのような非常にパワフルなパルスレーザー（＞１０９Ｗ）によってポンピングされる光学パラメトリック発生器で達成可能である。この技術のいくつかの商業的例が存在するが、これらのシステムは、コストが高くかつ複雑であり、多くのアプリケーションに対して不適切な非常に高いピークを有する出力パルスを生成する。
【００１０】
強度が低いか、ほどよいままであれば、利得は数ｄＢ／ｃｍまで低下する。これはいわゆる同期的にポンピングされるＯＰＯを作成するのに十分である。このデバイスにおいて、高い反復率（典型的に、〜５０ＭＨｚ）で短いパルスを生成するポンピングレーザーは、信号またはアイドラー周波数のいずれか（または、その両方）でパルスを伝えるそれ自身の光学共鳴器内に含まれる短い増幅結晶をポンピングする。これらのパルスは周期的に非線形結晶へ戻され、ＯＰＯ共鳴器の往復時間がポンピングオシレータ共鳴器内の往復時間と厳密に一致した場合にのみ、同期的なポンピングパルスによって増幅される。この往復時間マッチング条件において、信号またはアイドラー波長でのパルスは、ＯＰＯキャビティの連続的な通過において増幅され、信号およびアイドラー波内のパワーはノイズから成長する。このパワー成長の際に、エネルギーは、ポンピング波から信号およびアイドラー波へ転送される。しかし、２つの共鳴器（レーザーおよびＯＰＡ）の往復時間は、正確に一致しなければならず、相互作用波間の群速度分散の効果は最小化されなければならない。そのことは、概して、ＯＰＯ結晶が、その群速度の差によってパルスの分離に要求される長さに比べて短くなければならないことを意味している。一般に、キャビティ長は、メートル程度の距離にわたって、ミクロンスケールで同一でなければならない。しかし、機械的または温度の変動に際して、この長さのマッチングを維持することは、困難であり、安定した動作を得るために複雑なロッキング方法が必要となる。群速度分散は、潜在的により長い結晶の使用が可能なＯＰＯ結晶内で非同一線上の相互作用ビームを作成することによって低減可能であるが、その際にビームは結晶長にわたって空間的なカバーを維持するのに十分に大きくなければならない。同期的にポンピングされるＯＰＯによって中央赤外線においてピコ秒以下のソースを生成することは、高度に複雑かつ高価なハードウエアを伴う。それにも関わらず、これらのデバイスは、分子の振動状態をプローブするための科学技術において、または、非線形光学用のソースとしてのアプリケーションを有し、および、この原理に基づく商業的システムは有用である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本願発明の目的は、既存の装置の上記ひとつ以上の欠点を実質的に克服し、または、少なくとも緩和することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ここに開示されるのは、改良された光学パラメトリック発生器を与えることによって、上記問題を解決することを目指す装置である。
【００１３】
本願発明のひとつの態様に従い、光学パラメトリック発生器が与えられる。当該装置は、光学系を提供するシードレーザーであって、当該シードレーザーは信号波の信号周波数またはアイドラー波のアイドラー周波数のいずれかでシードビームを与えるように構成されているところのシードレーザーと、光学系を提供する所定のタイプのポンピングレーザーであって、当該ポンピングレーザーはポンプ波として超短光学パルスを放射するところのポンピングレーザーと、光学系内に配置された所定のタイプの二次オーダー非線形結晶を有し、所定のタイプの結晶および所定のタイプのポンピングレーザーは、信号波またはアイドラー波がポンピング波のエッジにおいてロックされるように選択されることを特徴する。
【００１４】
本願発明の他の態様に従い、光学系を提供するシードレーザーと、光学系を提供する所定のタイプのポンピングレーザーであって、当該ポンピングレーザーはポンピング波として超短光学パルスを放射するところのポンピングレーザーと、光学系を提供するように構成された所定のタイプの二次オーダー非線形結晶とを有する光学パラメトリックを制御するための方法が与えられる。当該方法は、信号波の信号周波数またはアイドラー波のアイドラー周波数のいずれかでシードビームを与えるべくシードレーザーを構成する工程と、信号波またはアイドラー波がポンピング波のエッジでロックされるように、所定のタイプの結晶および所定のタイプのポンピングレーザーを選択する工程とを有する。
【００１５】
所定のタイプの結晶および所定のタイプのポンピングレーザーは、ポンピング波の群速度が信号波群速度とアイドラー波群速度との間に存在するように選択される。
【００１６】
また、所定のタイプの結晶および所定のタイプのポンピングレーザーは、信号波およびアイドラー波の一方または両方が、ポンピング波の前縁および／または後縁においてロックされるように、選択されてよい。
【００１７】
また、ポンピングレーザーによって放射される超短パルスは、１ピコ秒以下の間隔を有してよい。
【００１８】
さらに、光学パラメトリック発生器は、利得の高い光学パラメトリック発生器であってよい。また、光学パラメトリック発生器の利得は、４０〜７０ｄＢ／ｃｍの範囲、５０〜６０ｄＢ／ｃｍの範囲、または、６０〜７０ｄＢ／ｃｍの範囲であってよい。
【００１９】
また、所定のタイプの結晶は、リチウムニオブ酸塩、リチウムタンタル酸塩からなる集合から選択されてもよい。
【００２０】
また、所定のタイプの結晶は、５〜２５ｍｍの範囲の長さを有する結晶から選択されてよい。
【００２１】
さらに、所定のタイプのポンピングレーザーは、７５０ｎｍ〜１１００ｎｍ、または、１０００ｎｍ〜１０５０ｎｍの範囲の波長、または、１．０６μｍの波長を有するポンピング波を生成するポンピングレーザーから選択されてもよい。
【００２２】
さらに、所定のタイプのポンピングレーザーは、イットリビウム、チタンがドープされたサファイア、ネオジムからなる集合内の活性媒体を有するポンピングレーザーから選択されてもよい。
【００２３】
また、信号波、アイドラー波、および／または、ポンピング波の極性（分極）は、複屈折位相マッチングを達成するように選択されてよい。
【００２４】
さらに、信号波、アイドラー波、および／または、ポンピング波の極性（分極）は、周期的に分極された結晶内に疑似位相マッチングを達成するように選択されてよい。
【００２５】
また、ポンピング波は、７５０ｎｍと１１００ｎｍとの間に存在し、光学パラメトリック発生器はポンピング波を中央赤外範囲に変換してよい。また、結晶は、リチウムタンタル酸塩、リチウムニオブ酸塩、または、チタンリン酸カリウム、またはその同形体であってよい。
【００２６】
さらに、結晶の長さは、それぞれの群速度のため、相互作用しているポンピング、アイドラーおよび信号波の完全な分離が可能であるのに十分であってよい。
【００２７】
また、所定のタイプの結晶および所定のタイプのポンピングレーザーは、ポンピング波が、信号波の群速度およびアイドラー波の群速度の平均である群速度を有するように選択されてよい。
【００２８】
また、非線形結晶の長さと、ポンピング、信号およびアイドラー波の群指数との間の関係は、Ｌｃ＞ｃτｐ／（|ｎｇ：ｐ−ｎｇ：ｓ,ｉ|）であり、ここで、Ｌｃは、非線形結晶の長さであり、ｎｇ：ｐ,ｓ,ｉは、それぞれポンピング、信号およびアイドラー波の群指数であり、τｐはポンピング波の間隔である。
【００２９】
本願発明の他の態様もまた開示される。
【００３０】
本願発明のさまざまな実施形態のいくつかの態様が図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、群速度分散が、ポンピング波による時間依存増幅によって無効にされるメカニズムを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、結晶を通過するある距離における、一連のパルスプロファイルを対数スケールでプロットしたものである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、結晶を通過するある距離における、一連のパルスプロファイルを対数スケールでプロットしたものである。
【図２Ｃ】図２Ｃは、結晶を通過するある距離における、一連のパルスプロファイルを対数スケールでプロットしたものである。
【図２Ｄ】図２Ｄは、結晶を通過するある距離における、一連のパルスプロファイルを対数スケールでプロットしたものである。
【図２Ｅ】図２Ｅは、結晶を通過するある距離における、一連のパルスプロファイルを対数スケールでプロットしたものである。
【図２Ｆ】図２Ｆは、結晶を通過するある距離における、一連のパルスプロファイルを対数スケールでプロットしたものである。
【図２Ｇ】図２Ｇは、結晶を通過するある距離における、一連のパルスプロファイルを対数スケールでプロットしたものである。
【図３Ａ】図３Ａは、結晶を通過するある距離における、ポンピング、信号およびアイドラー波のパワーを示す一連のパルスプロファイルを線形スケールでプロットしたものである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、結晶を通過するある距離における、ポンピング、信号およびアイドラー波のパワーを示す一連のパルスプロファイルを線形スケールでプロットしたものである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、結晶を通過するある距離における、ポンピング、信号およびアイドラー波のパワーを示す一連のパルスプロファイルを線形スケールでプロットしたものである。
【図３Ｄ】図３Ｄは、結晶を通過するある距離における、ポンピング、信号およびアイドラー波のパワーを示す一連のパルスプロファイルを線形スケールでプロットしたものである。
【図３Ｅ】図３Ｅは、結晶を通過するある距離における、ポンピング、信号およびアイドラー波のパワーを示す一連のパルスプロファイルを線形スケールでプロットしたものである。
【図４】図４は、ポンピングパルスのピークに関して、信号およびアイドラーパルスが分離する様子を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、図３Ａの拡大図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図３Ｂの拡大図である。
【図６】図６は、本開示に従う光学パラメトリック発生器の光学系のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
ひとつ以上の添付図面を参照して、ステップおよび／または特徴を説明する場合、同じ符号は、特に断らないかぎり、この説明の目的において、同じ機能または動作を有するステップおよび／または特徴を示すものである。
【００３３】
ひとつの例に従い、ここで説明される光学パラメトリック発生器は、中央赤外線範囲（２〜２５μｍ）の出力を生成する。この範囲のすべての分子がその特性吸収スペクトルを通じて同定可能であるため、それは例外的に重要な波長範囲である。付加的に、中央赤外線範囲は、熱源がその特性放射によって同定可能であり、それゆえ、検出およびディフェンスアプリケーションにとって重要である領域である。
【００３４】
したがって、ここで説明する光学パラメトリック発生器は、例えば、バイオおよび医療科学のような多くの異なる科学分野においての使用に適している。
【００３５】
背景技術で述べたように、光学パラメトリック発生器内の信号、アイドラーおよびポンピングパルスの各々は、異なる群速度Ｖｇｐ、ＶｇｓおよびＶｇｉで伝搬する。伝搬中に広がるパルスは、群速度分散ＧＶＤｐ、ＧＶＤｓ、ＧＶＤｉによって管理される。典型的に、３つのパルスは非線形結晶を通じて伝搬するに従い時間的に急速に分離するため、パルスが非常に短い場合に、群速度の差はポンピング波から信号波およびアイドラー波へのパワーの転送を禁止する。３ＷＭおよびパラメトリックアンプを達成するために、パルスはお互いにオーバーラップしなければならない。
【００３６】
ここで説明する例は、超短パルスを生成する代替的方法を与え、それは、背景技術で述べた技術に比べ非常に単純化されたハードウエアをもたらす。
【００３７】
ここで説明する技術は、ポンピング波が、例えば、周期的に分極されたリチウムニオブ酸塩（ＰＰＬＮ）のような比較的長い光学パラメトリックアンプ結晶を通過する単一経路を経験するよう、高利得光学パラメトリックアンプが構成されるところの技術である。他の適当な構成の例も与えられる。
【００３８】
以下で詳細に説明されるように、結晶の長さは、それぞれの群速度のために相互作用するポンプ、アイドラーおよび信号波の完全な分離を導くのに十分でなければならないことが理解されよう。すなわち、Ｌｃ＞ｃτｐ／（|ｎｇ：ｐ−ｎｇ：ｓ,ｉ|）、ここで、Ｌｃは非線形結晶の長さ、ｎｇ：ｐ,ｓ,ｉはそれぞれポンピング、信号およびアイドラーパルスの群指数であり、τｐはポンピングパルスの間隔である。
【００３９】
また、光学パラメトリック発生器は、結晶の背面での波の反射による二重経路ジオメトリを使って構成されてもよいことが理解されよう。
【００４０】
例えば、リチウムタンタル酸塩またはチタンリン酸カリウムまたはその同形体のような他の適当なタイプの結晶が使用可能であることが理解されよう。
【００４１】
出願人は、ある条件のもとで、相互作用しているパルスの異なる群速度の悪化効果は、除去可能であり、これを最もよく達成する条件もまた光学パラメトリックアンプの効率を向上させるということを発見した。
【００４２】
図１は、デバイスの動作を支持する基本的現象を示している。図１は、群速度分散が、ポンピングによる時間依存増幅によって無効にされるメカニズムを示している。曲線１０３によって略示される大きな時間依存利得を有する、非線形結晶を通じて伝搬するパワフルなガウシアンポンピングパルスを考える。厚さがδｚの非線形結晶の小さいエレメントを通じて伝搬した後、信号パルス１０１（点線）は時間依存利得によって増幅される。このエレメントの入力において、ポンピングパルス１０３と異なる群速度で移動している信号パルス１０１は、最初にポンプパルス１０３の前縁に位置している。信号パルス１０１がポンピングパルス１０３との非線形相互作用によって増加されなければ、信号パルスはその異なる群速度によりポンピングパルス１０３に関して右側に移動しつづけるであろう。しかし、非線形結晶の小さいエレメントを通過した後、信号パルス１０１は時間依存利得によって増幅される。したがって、エレメントの出力において、それは、増幅された信号パルス１０５（破線）を作成するよう時間依存利得によって変形されている。利得はポンピングパルス１０３のピークの方向へ増加するため、信号パルス１０１の後縁は、前縁よりも高い利得を受信し、結果として増幅後に、増幅された信号パルス１０５はポンピングパルス１０３のピークに近づくように移動している。効果的に、これは、ポンピングおよび信号パルス間の群速度の差を解消するパルスピークの移動を導入する。実際にこのメカニズムは、ポンピング波のエッジ（すなわち、前縁または後縁）において信号パルスをトラップし、ポンピングパワーが信号（およびアイドラー）パルスへのエネルギーの転送によって使い果たされるまで、与えられる利得は、それが逃げられないよう十分に高い。
【００４３】
ポンピングパルスによる信号パルスの増幅は、またアイドラーパルスを生成し、それはポンピングパルスおよび信号パルスの両方と異なる群速度で移動する。したがって、このメカニズムを有効にするためには、ポンピングパルスは、有効にすべき相互作用に対して信号およびアイドラーパルスの両方をトラップすることが可能でなければならない。
【００４４】
信号パルスとポンピングパルスとの群速度の差に対して、アイドラーパルスとポンピングパルスとの群速度の差が反対の符号を有する場合、特に好ましい状況が生じる。言い換えれば、ポンピングパルスの群速度は、信号パルスとアイドラーパルスの群速度の間に存在する。プロセスは、この条件の逸脱に関してかなり寛容であるが、ポンピングパルスが信号パルスおよびアイドラーパルスの群速度の平均である群速度を有するとき、最適な条件が生じる。
【００４５】
ひとつの例に従い、ポンピング波、信号波およびアイドラー波がそれぞれ、ｃ／２．２１００４、ｃ／２．１８２４２、ｃ／２．２３５７３の群速度を有するところの、ＰＰＬＮパラメトリックアンプが与えられ、ここで、ｃは真空中の光の速度である。この例に従い、ポンピング波の群速度は、アイドラー波の群速度より大きいが、信号波の群速度より小さい。群速度間の差は、信号波とポンピング波で、１．７２×１０６ｍ／ｓであり、ポンピング波とアイドラー波で１．５６×１０６ｍ／ｓであり、それは、群速度間の差をほぼ等しくする。よって、３つのパルス（ポンピング、信号およびアイドラー）が時間的に同期して非線形結晶内に進入すれば、３つのパルスが非線形結晶を通過するに従い、信号パルスはポンピングパルスの前縁の方向に移動し、アイドラーパルスは、それらの群速度の差によって、後縁の方向へ移動する。図１に示すメカニズムによって、ポンピングパルスは強い時間依存性を有するため、ポンピングパルスは、それらの群速度の差の効果をキャンセルしながら、その前縁において信号パルスをトラップし、その後縁においてアイドラーパルスをトラップすることができる。
【００４６】
ＡＳ−Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ＬＬＣによって提供されるＳＮＬＯソフトウエアを使って、シミュレーションが実行された。それは、平面波近似を使うが、群速度、群速度分散および非線形性を考慮して、結合波方程式を解くことができる。これらのシミュレーションに対して、実際の状況として、間隔が１００ｆｓ、その周波数でシードビームを増幅する約７５ｋＷのポンピングパワーのピークを有するポンピングパルスが使用された。シードビームパワーは、ほぼ２．５ｍＷに設定された。シードビームが連続波レーザーによって与えられるところの実際の状況をシミュレートするために、１．４０７μｍの頂部平坦および１ピコ秒の長さを有するシードパルスが与えられた。したがって、ポンピングのパワーにほぼ等しいパワーに達するために、利得は、１０６から１０７の範囲になければならない。これを達成するために、２５ｍｍ長のＰＰＬＮ結晶が使用され、それは、群速度分散のため１００ｆｓの信号、ポンピングおよびアイドラーパルスの完全な分離のために必要なものより、約２０倍長い。
【００４７】
このシミュレーションにおいて、ポンピングでの入力強度は、２．５×１０９Ｗ／ｃｍ２であり、シードの入力強度は２２Ｗ／ｃｍ２であった。
【００４８】
図２Ａから図２Ｇを参照すると、一連のパルスプロファイルが、ＰＰＬＮ結晶を通過する０．００１、５、１０、１２．５、１５、２０および２５ｍｍの距離において、対数スケールでプロットされている。信号およびアイドラーパルスのピークは、ポンピング減衰が約１２．５ｍｍにおいて強くなるまで、図１に記載された利得ガイドメカニズムによってポンピングパルスにロックされている。その後、パルスはその通常の群速度でポンピングパルスから離れて移動する。
【００４９】
図２Ｂから図２Ｄから明らかなように、信号およびアイドラーパルスのピークは、それらが増幅されるに従い、ポンピングパルスの前縁および後縁でロックされたままになる。あるエネルギーはトラップされず、この対数プロットに現れる低い強度の痕跡を残して去る。図２Ｃに示すように、ポンピング減衰が始まり、結晶の次の数ｍｍにわたって続く。図２Ｅに示すように、ポンピングパルスは、強く減衰され（〜９３％）かつ実質的にすべてのパルスパワーが信号およびアイドラーパルスに転送される。それは、それぞれ、入力ポンピングパルスエネルギーの６９％および２４％を含む。ポンピング減衰のため、利得は減少し、信号およびアイドラーパルスは、ポンピングパルスによってもはやトラップされることはなく、ポンピングパルスに対する個々の群速度で移動しながら時間的に分離し始める。
【００５０】
図３Ａから３Ｅに示すのは、１０、１２．５、１５，２０、２５ｍｍでのポンピング、信号およびアイドラーパルスのパワーを線形スケールで示したものである。それは、よりクリアなパルス形状を与える。ＰＰＬＮ結晶を通過する一連のパルスプロファイルが示されている。図からわかるように、１２．５ｍｍで、信号およびアイドラーパルスは、ポンピングパワーが減衰して利得が減少したため、ポンピングパルスから分離し始める。
【００５１】
図４は、これらのシミュレーションから抽出された、ポンピングパルスのピークに対する信号およびアイドラーパルスの分離を示す。図４は、ポンピングが減衰するに従いパルスの時間分離が進み、その後、それらは非摂動群速度まで戻ることを示している。この例は、空間効果、したがって回折を無視することによって計算されたが、この現象を含んだとしても、本願発明のキーであるパルスダイナミクスに本質的な影響を与えない。信号およびアイドラーパルスの間の遅延は、ポンピングパルスに対して、アイドラーパルス（４０１）、信号パルス（４０３）に相対的なものである。ポンピング利得の影響の無い分離は、アイドラーパルス（４０５）および信号パルス（４０７）として示されている。
【００５２】
このプロセスの重要な付加的特徴は、それが、相互作用波の間の群速度の差が無視できるところの条件で達成されるものより、高い変換効率を導くということである。これは、ポンピングパワーの大きいフラクションが信号およびアイドラーパルスに転送されたとき、合計周波数生成を通じて、エネルギーが信号およびアイドラーパルスからポンピングパルスへ還流するために生じる。合計周波数生成のための条件は、光学パラメトリックのための条件と同一であり、そのプロセスは再変換として知られている。これが生じるとき、再生成されたポンピング波は、オリジナルのポンピング波に対して位相シフトされ、これが歪みを作成する。パワーがポンピングパルスに転送されると、再びパラメトリック増幅が信号およびアイドラーパルスへエネルギーを戻す。これらのプロセスは、パルス中の異なる時間およびビーム内の異なる位置で異なる速度で生じるので、パルスおよびビームは、大きく歪み、これがそれらの有用性を減少させる。それは、ビーム内およびパルス品質の受容できない劣化が約３０％まで生じる（全信号およびアイドラー出力／ポンピング入力）前に達成可能な変換効率を付加的に制限している。
【００５３】
再変換を生じさせるために、信号およびアイドラーパルスは、時間的にオーバーラップしなければならない。図２Ａから２Ｇおよび図３Ａから３Ｅに示すように、信号およびアイドラーパルスは、一方はポンピングパルスの前縁に配置され、他方は後縁に配置された状態で分離されるため、アイドラーパルスのピークにおいて、信号パワーは非常に低く、信号パルスのピークにおいて、アイドラーパワーは非常に低い。これは、図３Ａおよび図３Ｂを拡大して示す図５Ａおよび図５Ｂに示されている。図５において拡大された時間スケールは、再変換を禁止する信号およびアイドラーパルスピークの変位を示す。
【００５４】
上述したプロセスは、いくつかの重要な特徴を有する。
【００５５】
これらは、ポンピング信号と除去すべきアイドラー信号との間の群速度の差の効果をもたらす。
【００５６】
これは、顕著に高い変換効率を達成し、実際に、相互作用波の群速度の間に差が存在しない場合の長いパルスによって達成可能なものより、大きな変換が達成される。
【００５７】
これは、群速度の効果が性能を主に律速しているところの長い結晶の使用を許す。
【００５８】
これは、長い結晶の使用を許すため、これはまた光学ダメージを導入するものより非常に低い比較的低いポンピング強度の使用、ひいては比較的低いパワーのポンピングレーザーの使用を許す。
【００５９】
これは、複雑なキャビティまたはスタビライゼーションを必要とせずに、移送波を利用する単純なデバイスジオメトリを許す。
【００６０】
図６は、光学パラメトリック発生器またはソース６０１の例を示す。発生器は、ピコ秒以下のポンピングレーザー６０３および信号波長で動作する調節可能なシードレーザー６０５を有する。変形例として、シードレーザーは、アイドラー波長で動作することも可能であることが理解されよう。
【００６１】
システムは、また、非線形プロセス用の光学強度を達成するために、光学系６０９内にポンピング波を向けるための第１テレスコープ６０７を有する。第２テレスコープ６１１は、同様に、シード波を光学系６０９内へ向ける。ダイクロイックミラー６１３がポンピング波を反射し、信号波を二次オーダーの非線形結晶６１５の方向へ通過させるように配置されている。
【００６２】
この例に従い、ポンピングレーザーは、間隔が１０４１ｎｍで２００ｆｓｅｃのパルスを放射するように構成され、かつ、１０ｍｍの長さの周期的分極のリチウムニオブ酸塩をポンピングするのに使用されるイッテルビウムレーザーである。リチウムニオブ酸塩結晶内の分極周期は、２８．１μｍに選択され、相互作用波は結晶のＺ軸線方向に沿ってすべて偏向されている。シードレーザーは、１４０７ｎｍに調節されており、それは、４０００ｎｍのアイドラー波の生成に対応する。結晶温度は、完璧な位相マッチングを達成するべく、１５０℃付近に調節されている。ポンピングは、２ＧＷ平方センチメートル付近のパワー強度を達成するように集束され、一方、１０ｍＷの電力を有する連続シードビームは、１００Ｗ平方センチメートル付近の強度に集束されている。この相互作用に関して、ポンピング、信号およびアイドラーの群指数は、２．１８２３４、２．０２０９９１、２．２３５７３の値を有し、その結果、ポンピング群速度は信号およびアイドラー波の群速度の間の中間に位置する。この条件で、約３７％のポンピングエネルギーが１４０７ｎｍで増幅されてシード波に転送されて、ポンピング波から信号およびアイドラー波へ変換され、および、約１３％が４０００ｎｍで生成されてアイドラー波へ効率的に変換される。この計算において、先に使用されたより近い平面波モデルと対照的に、ＳＮＬＯコードの完全な二次元モデリング短パルスモデルが使用された。
【００６３】
結晶は、ここで説明したような他の任意のタイプの結晶と置換可能であることは言うまでもない。また、結晶の長さは任意の適当な長さに変更可能である。例えば、結晶の長さの範囲は、５〜２５ｍｍ、５〜１５ｍｍ、１０〜２０ｍｍ、１５〜２５ｍｍなどであってよい。さらに、ここで説明したような異なるタイプのポンピングレーザーによって、異なる結晶長が使用されてもよい。
【００６４】
シードレーザーは、低コストの連続波レーザーであり、それは、１〜１００ｍＷの範囲において異なるパワーで動作可能であることが理解されよう。
【００６５】
ひとつの特定の例に従い、ポンピングレーザーおよびシードレーザーは、約１００ｋＷおよび約１０ｍＷのそれぞれのパワーで動作可能である。このポンピングパワーは、数十ＭＨｚの範囲におけるパルス繰り返し周期を有する商業的なモードロックレーザーから容易に入手可能である。
【００６６】
ポンピングパワーは、非線形結晶に依存して大きく変化可能であり、それは数オーダーの大きさだけ変化しうる。
【００６７】
結晶のタイプおよびポンピングレーザーのタイプは、ポンピング波の群速度が信号波の群速度およびアイドラー波の群速度との間に存在するように、特に選ばれるか、または、選択される。
【００６８】
出力ビーム６１７は、信号、アイドラーおよびポンピング波長において生成される。
【００６９】
当業者に理解されるように、これらは、既存のシステムと比べて実質的に非常に有利である。
【００７０】
したがって、二次オーダーの非線形材料を使って高利得光学パラメトリックアンプを用いて超短光学パルスを作成するのに使用されるシステムが与えられ、それは、増幅処理の効率を妨げる相互作用パルス間の異なる群速度の減衰効果を除去する。
【００７１】
光学パラメトリックアンプに利得を与える高周波ポンピングの群速度は、より低い周波数の信号波および増幅されているアイドラー波の群速度の中間（すなわり、その間）に存在する。
【００７２】
二次オーダーの非線形材料内でポンピングパルスによって導出された利得は、そのエンベロープ内に信号およびアイドラーパルスをトラップし、それによって、その異なる群速度により通常発生するような信号およびアイドラーパルスのポンピングパルスからの分離が防止される。
【００７３】
ここに説明されるシステムは、同一線上のビームに作用し、背景技術で説明したような短い結晶を必要としない。また、システムは、相互作用するビームのサイズを限定しない。さらに、システムは、高い利得の光学パラメトリックアンプを使って動作し、背景技術で説明したようなより複雑な光学パラメトリックオシレータシステムを必要としない。
【００７４】
二次オーダーの非線形結晶は、複屈折位相マッチングを採用してよい。
【００７５】
二次オーダーの非線形結晶は、周期的分極による疑似位相マッチングを採用してもよい。
【００７６】
非線形媒体は、光学ウエーブガイドの形式であってもよい。
【００７７】
非線形媒体は、バルク結晶の形式であってもよい。
【００７８】
ポンピングレーザーは、１ピコ秒以下の間隔を有する超短パルスを生成してよい。
【００７９】
ポンピング波の波長は任意であるが、与えられるポンピング波の群速度は、信号およびアイドラーパルスの群速度の間の中間に存在する。
【００８０】
ポンピングレーザーは、１と１．０５μｍとの間で放射するイッテルビウムに基づいく活性媒体を使用してよい。
【００８１】
パルスレーザーは、約７５０ｎｍと１１００ｎｍの間で動作するサファイアドープのチタンに基づく活性媒体を使用してよい。
【００８２】
ポンピングレーザーは、約１．０６μｍを放射するネオジムに基づく活性媒体を使用してよい。
【００８３】
非線形結晶は、リチウムニオブ酸塩と疑似位相マッチングしてよく、７５０ｎｍと１１００ｎｍとの間のポンピング放射線を中間赤外線に変換するのに使用されてよい。
【００８４】
非線形結晶は、リチウムタンタル酸塩と疑似位相マッチングしてよく、７５０ｎｍと１１００ｎｍとの間のポンピング放射線を中間赤外線に変換するのに使用されてよい。
【００８５】
ポンピングから信号およびアイドラー波へエネルギーを変換する最大効率は、信号およびアイドラーパルスが時間的にオーバーラップしないので信号およびアイドラーパルスからポンピングへの再変換が禁止されるため、強化される。
【００８６】
二次オーダーの非線形結晶は、ひとつ以上の結晶のＫＴＰファミリー（チタンリン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４））を含み、これらは、周期的分極（ＰＰ）して波長範囲内で群速度の間の正しい関係を有する。
【００８７】
適切な非線形結晶のファミリーの一般的な化学組成は、ＭＴｉＯＸＯ４であり、ここでＭはＫ、ＲｂまたはＣｓであり、ＸはＰまたはＡｓである。
【００８８】
ひとつの例に従い、ＰＰ−ＫＴＰは１０６４ｎｍのポンピング波を使用する際、約３．４μｍの動作波長で適切な群速度を有する。他の例として、ＰＰ−ＫＴＡ（チタンヒ酸カリウム（ＫＴｉＯＡｓＯ４））もまた、１０４０ｎｍのポンピング波を使用する際に、約３．８μｍの動作波長において、適当な群速度関係を有する。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
ここで説明された構成は、光学検知産業および特に、光学パラメトリック発生器産業に応用可能である。
【００９０】
上記した例は、本願発明のいくつかの実施形態にすぎず、実施形態は例示であり限定するものではないし、本願発明の思想および態様から離れることなく、さまざまな修正および／または変更が可能である。
【００９１】
本願発明の文脈において、用語“備える”は、“原則的に必ずしも単独でなく含むこと”、“有すること”、または“含むこと”を意味し、“から成る”を意味しない。“備える”のさまざまな変形もまた同様の意味を有する。
【図１】
2017517038.tif 000003
【図２Ａ】
2017517038.tif 000004
【図２Ｂ】
2017517038.tif 000005
【図２Ｃ】
2017517038.tif 000006
【図２Ｄ】
2017517038.tif 000007
【図２Ｅ】
2017517038.tif 000008
【図２Ｆ】
2017517038.tif 000009
【図２Ｇ】
2017517038.tif 000010
【図３Ａ】
2017517038.tif 000011
【図３Ｂ】
2017517038.tif 000012
【図３Ｃ】
2017517038.tif 000013
【図３Ｄ】
2017517038.tif 000014
【図３Ｅ】
2017517038.tif 000015
【図４】
2017517038.tif 000016
【図５Ａ】
2017517038.tif 000017
【図５Ｂ】
2017517038.tif 000018
【図６】
2017517038.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月9日(2017.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
図４は、これらのシミュレーションから抽出された、ポンピングパルスのピークに対する信号およびアイドラーパルスの分離を示す。図４は、ポンピングが減衰するに従いパルスの時間分離が進み、その後、それらは非摂動群速度まで戻ることを示している。この例は、空間効果、したがって回折を無視することによって計算されたが、この現象を含んだとしても、本願発明のキーであるパルスダイナミクスに本質的な影響を与えない。ポンピングパルスに対する、信号およびアイドラーパルスの間の遅延は、アイドラーパルス（４０１）、および、信号パルス（４０３）で示される。ポンピング利得の影響の無い分離は、アイドラーパルス（４０５）および信号パルス（４０７）として示されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を提供するシードレーザーであって、前記シードレーザーは、信号波の信号周波数またはアイドラー波のアイドラー周波数のいずれかにおいてシードビームを与えるように構成されている、ところのシードレーザーと、
前記光学系を提供する所定のタイプのポンピングレーザーであって、ポンピングレーザーはポンピング波として超短光学パルスを放射する、ところのポンピングレーザーと、
前記光学系内に配置された所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶と
を備え、
前記所定のタイプの結晶および前記所定のタイプのポンピングレーザーは、前記信号波または前記アイドラー波が前記ポンピング波のエッジでロックされるように選択される、
ことを特徴とする光学パラメトリック発生器。
【請求項２】
前記ポンピングレーザーによって放射される前記超短光学パルスは、１ピコ秒以下の間隔を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項３】
前記光学パラメトリック発生器は、高利得のパラメトリック発生器である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項４】
前記光学パラメトリック発生器の前記利得は、４０〜７０ｄＢ／ｃｍの範囲である、ことを特徴とする請求項３に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項５】
前記光学パラメトリック発生器の前記利得は、５０〜６０ｄＢ／ｃｍの範囲である、ことを特徴とする請求項４に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項６】
前記光学パラメトリック発生器の前記利得は、６０〜７０ｄＢ／ｃｍの範囲である、ことを特徴とする請求項４に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項７】
前記所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶は、リチウムニオブ酸塩、または、リチウムタンタル酸塩である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項８】
前記所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶は、５〜２５ｍｍの長さを有する結晶から選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項９】
前記所定のタイプのポンピングレーザーは、７５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲の波長を有する前記ポンピング波を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１０】
前記所定のタイプのポンピングレーザーは、１０００ｎｍ〜１０５０ｎｍの範囲の波長を有するポンピング波を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１１】
前記所定のタイプのポンピングレーザーは、１．０６μｍの波長を有するポンピング波を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１２】
前記所定のポンピングレーザーは、イッテルビウム、チタンドープサファイア、および、ネオジムからなる集合内の活性媒体を有するポンピングレーザーから選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１３】
前記信号波、前記アイドラー波および／または前記ポンピング波の偏向は、複屈折位相マッチングを達成するように選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１４】
前記信号波、前記アイドラー波および／または前記ポンピング波の偏向は、疑似位相マッチングを達成するように選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１５】
前記ポンピング波は、その波長が７５０ｎｍおよび１１００ｎｍの間にあり、前記光学パラメトリック発生器は、前記ポンピング波の前記波長を中央赤外領域に変換する、ことを特徴とする請求項１４に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１６】
前記所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶は、リチウムタンタル酸塩、リチウムニオブ酸塩、チタンリン酸カリウム、および、その同形体からなる集合から選択される、ことを特徴とする請求項１５に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１７】
前記所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶の前記長さは、それぞれの群速度により互いに相互作用する前記ポンピング波、前記アイドラー波および前記信号波の完全な分離を導くのに十分な長さである、ことを特徴とする請求項８に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１８】
前記所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶および前記所定のタイプのポンピングレーザーは、前記ポンピング波が、前記信号波の群速度および前記アイドラー波の群速度の平均である群速度を有するように選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項１９】
前記所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶の前記長さと、前記ポンピング波、前記信号波および前記アイドラー波の群指数との間の関係は、Ｌｃ＞ｃτｐ／（|ｎｇ：ｐ−ｎｇ：ｓ,ｉ|）であり、ここで、Ｌｃは、前記所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶の前記長さであり、ｎｇ：ｐ,ｓ,ｉは、それぞれポンピング、信号およびアイドラー波の群指数であり、τｐはポンピング波の間隔である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項２０】
前記所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶および前記所定のタイプのポンピングレーザーは、前記ポンピング波の群速度が、前記信号波の群速度と前記アイドラー波の群速度との間に存在するように選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学パラメトリック発生器。
【請求項２１】
光学系を提供するシードレーザーと、前記光学系を提供する所定のタイプのポンピングレーザーであって、前記ポンピングレーザーはポンピング波として超短光学パルスを放射するところのポンピングレーザーと、前記光学系内に配置された所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶とを有する光学パラメトリック発生器を制御する方法であって、
信号波の信号周波数またはアイドラー波のアイドラー周波数のいずれかで、シードビームを与えるよう前記シードレーザーを構成する工程と、
前記信号波または前記アイドラー波が前記ポンピング波のエッジでロックされるように、前記所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶および前記所定のタイプのポンピングレーザーを選択する工程と、
を備える方法。
【請求項２２】
前記ポンピング波の群速度が前記信号波の群速度および前記アイドラー波の群速度の間に存在するように、前記所定のタイプの二次オーダーの非線形結晶および前記所定のタイプのポンピングレーザーを選択する工程をさらに備える、ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【国際調査報告】
2017517038.tif 000020
2017517038.tif 000021
2017517038.tif 000022