(57)【要約】  第１及び第２のレーザ光パルスでサンプルを照明するための同期レーザシステムであって、前記システムが、トリガであって、前記トリガが、第１の及び第２のトリガ信号を発行するように動作可能であり、前記第１及び第２のトリガ信号が、それらの間の所定の遅延を伴って共通の調整可能な周波数で放射されるトリガと、第１のトリガ信号の列の受信に応じて、前記第１のレーザ光パルスを放射するように動作可能な第１の波長可変モードロックレーザであって、前記第１のレーザ光パルスの第１の波長が、第１の波長−周波数関係に従って、前記調整可能な周波数に依存する第１の波長可変モードロックレーザと、前記第２のトリガ信号の列の受信に応じて、前記第２のレーザ光パルスを放射するように動作可能な第２の波長可変モードロックレーザであって、前記第２のレーザ光パルスの第２の波長が、第２の波長−周波数関係に従って、調整可能な周波数に依存する第２の波長可変モードロックレーザと、を含み、前記所定の遅延が、前記第１及び第２のレーザ光パルスが前記サンプルにほぼ同時に到着するように放射されるようにされ、前記第１及び第２の波長−周波数関係が、各周波数において、前記第１及び第２の波長間の所定の関係に帰着するように選択される同期レーザシステム。
2016533649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の波長をそれぞれ有する第１及び第２のレーザ光パルスでサンプルを照明するための同期レーザシステムであって、前記システムが、
−  トリガであって、前記トリガが、第１の及び第２のトリガ信号を発行するように動作可能であり、前記第１及び第２のトリガ信号が、周期的であり、且つそれらのトリガ信号間の所定の遅延を伴って共通の調整可能な周波数で放射され、前記調整可能な周波数が、所定の周波数間隔に含まれるトリガと、
−  前記第１のトリガ信号の第１の列の受信に応じて、前記第１のレーザ光パルスを放射するように動作可能な第１の波長可変モードロックレーザであって、前記第１のレーザ光パルスの前記第１の波長が、第１の波長−周波数関係に従って、前記調整可能な周波数に依存し、前記第１の波長可変モードロックレーザが、第１のレーザ調整範囲内の前記第１の波長を備えた前記第１のレーザ光を生成するように、前記所定の周波数間隔の第１の繰り返し率範囲部分にわたって動作可能である第１の波長可変モードロックレーザと、
−  前記第２のトリガ信号の第２の列の受信に応じて、前記第２のレーザ光パルスを放射するように動作可能な第２の波長可変モードロックレーザであって、前記第２のレーザ光パルスの前記第２の波長が、第２の波長−周波数関係に従って、前記調整可能な周波数に依存し、前記第２の波長可変モードロックレーザが、第２のレーザ調整範囲内の前記第２の波長を備えた前記第２のレーザ光を生成するように、前記所定の周波数間隔の第２の繰り返し率範囲部分にわたって動作可能である第２の波長可変モードロックレーザと、
を含み、
−  前記所定の遅延が、前記第１及び第２のレーザ光パルスが前記サンプルにほぼ同時に到着するように放射されるようにされ、
−  前記第１及び第２の波長−周波数関係が、前記第１及び第２の繰り返し率範囲が重複する前記所定の周波数間隔からの各調整可能な周波数において、前記第１及び第２の波長間の所定の関係に帰着するように選択される同期レーザシステム。
【請求項２】
前記所定の周波数間隔にわたって前記第１の波長が前記第２の波長よりも多く変化するために、前記第１及び第２の波長−周波数関係が、前記所定の周波数間隔にわたって前記第２の波長が前記第１の波長ほど前記調整可能な周波数の関数として変化しないようにされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の波長が、前記調整可能な周波数の関数として、前記第１の波長よりも少なくとも１００倍ゆっくりと変化する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記サンプルが、所定の光−物質相互作用が発生する波長を含む興味ある相互作用帯域幅を規定し、前記第２のレーザ調整範囲が前記相互作用帯域幅内である、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記サンプルが、非線形材料を含み、前記所定の光−物質相互作用が、前記興味ある相互作用帯域幅において発生する非線形光−物質相互作用を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記非線形材料が、周波数倍増材料である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記周波数倍増材料が、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶、ホウ酸バリウム結晶（ＢａＢ２Ｏ４）又はチタンリン酸カリウム結晶（ＫＴｉＯＰＯ４）である、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の波長可変モードロックレーザと前記サンプルとの間に挿入される非線形材料を更に含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記非線形材料が、前記第１のレーザ光パルスで照明された場合に第１の波長の半分である第３の波長を有する光を生成するように動作可能な周波数倍増材料である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の繰り返し率範囲が、前記第２の繰り返し率範囲に完全に含まれる、請求項２〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１及び第２の波長−周波数関係が、前記第１及び第２の波長がそれぞれ前記調整可能な周波数の第１及び第２の単調関数であるようにされる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記所定の周波数間隔が、前記第１の間隔領域及び第２の間隔領域を画定し、前記第１及び第２の波長−周波数関係が、前記第１及び第２の波長がそれぞれ前記第１及び第２の間隔領域のそれぞれにわたって前記調整可能な周波数の単調関数であるようにされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の波長可変モードロックレーザが、前記第１のトリガ信号の前記第１の列の受信に応じて、第３のレーザ光パルスを放射するように動作可能であり、前記第３のレーザ光パルスの第３の波長が、第３の波長−周波数関係に従って、前記調整可能な周波数に依存し、前記第１の波長可変モードロックレーザが、第３のレーザ調整範囲内の前記第３の波長を備えた前記第３のレーザ光もまた生成するように、前記第１の繰り返し率範囲にわたって動作可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２の波長可変モードロックレーザが、前記第２のトリガ信号の前記第２の列の受信に応じて、第４のレーザ光パルスを放射するように動作可能であり、前記第４のレーザ光パルスの第４の波長が、第４の波長−周波数関係に従って、前記調整可能な周波数に依存し、前記第２の波長可変モードロックレーザが、第４のレーザ調整範囲内の前記第４の波長を備えた前記第４のレーザ光もまた生成するように、前記第２の繰り返し率範囲にわたって動作可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１及び第２の繰り返し率範囲の外側では、前記第１及び第２の波長可変モードロックレーザが、前記第１及び第２のレーザ光パルスをそれぞれ生成するようには動作不能である、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的な光学分野に関し、特に波長可変モードロックレーザの同期に関する。
【背景技術】
【０００２】
“Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｔｕｎａｂｌｅ  Ａｃｔｉｖｅｌｙ  Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｌｉｎｅａｒｌｙ  Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ”ｂｙ  Ｌｉ  ｅｔ  Ｃｈａｎ  ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｉｎ  ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１０，ＮＯ．６，ＪＵＮＥ  １９９８  ７９９は、レーザキャビティの吸収における変動周波数の変化がキャビティ長の変化に帰着する波長可変モードロックレーザを説明する。今度は、キャビティ長の変化が、レーザによって放射される光の波長における変化に帰着する。この結果を達成する１つの方法は、チャープファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）、即ち、異なる波長がＦＢＧに沿って異なる長手方向位置で反射されるチャープファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）を備えたキャビティにおいて光を反射させることである。
【０００３】
幾つかの用途において、２つ以上のかかるレーザを同期させる必要がある。より一般的には、２つ以上の分散−波長可変能動モードロックレーザ（ＤＴＡＭＬ）を同期させる必要がある。これらのレーザにおいて、分散は、モードロックレーザを調整するために用いられる。ＦＢＧの使用は、かかる分散調整の例であるが、しかし分散の使用を通して、波長の関数としてレーザキャビティにおけるレーザパルスの異なる往復伝搬時間を生成する任意の他の方法が使用可能である。かかるレーザ発振器の同期化には幾つかの問題がある。２つの主な問題は、１）両方のレーザのパルスが重複するように、両方のレーザの出力間の遅延を調整することと、２）正確に同じ繰り返し率で両方のレーザを動作させることとである。ＤＴＡＭＬが、能動的にモデルロックされるので、出力パルスのタイミングは、モードロッカーを駆動する電気信号によって決定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これを背景にして、同期波長可変モデルロックレーザを提供する必要が業界には存在する。従って、本発明の目的は、かかるレーザを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
広い態様において、本発明は、第１及び第２の波長をそれぞれ有する第１及び第２のレーザ光パルスでサンプルを照明するための同期レーザシステムを提供し、システムは、トリガであって、トリガが、第１の及び第２のトリガ信号を発行するように動作可能であり、第１及び第２のトリガ信号が、周期的であり、且つそれらのトリガ信号間の所定の遅延を伴って共通の調整可能な周波数で放射され、調整可能な周波数が、所定の周波数間隔に含まれるトリガと、第１のトリガ信号の第１の列の受信に応じて、第１のレーザ光パルスを放射するように動作可能な第１の波長可変モードロックレーザであって、第１のレーザ光パルスの第１の波長が、第１の波長−周波数関係に従って、調整可能な周波数に依存し、第１の波長可変モードロックレーザが、第１のレーザ調整範囲内の第１の波長を備えた第１のレーザ光を生成するように、所定の周波数間隔の第１の繰り返し率範囲部分にわたって動作可能である第１の波長可変モードロックレーザと、第２のトリガ信号の第２の列の受信に応じて、第２のレーザ光パルスを放射するように動作可能な第２の波長可変モードロックレーザであって、第２のレーザ光パルスの第２の波長が、第２の波長−周波数関係に従って、調整可能な周波数に依存し、第２の波長可変モードロックレーザが、第２のレーザ調整範囲内の第２の波長を備えた第２のレーザ光を生成するように、所定の周波数間隔の第２の繰り返し率範囲部分にわたって動作可能である第２の波長可変モードロックレーザと、を含む。所定の遅延は、第１及び第２のレーザ光パルスが、サンプルにほぼ同時に到着するように放射されるようにされる。第１及び第２の波長−周波数関係は、第１及び第２の繰り返し率範囲が重複する所定の周波数間隔からの各調整可能な周波数における第１及び第２の波長間の第１及び第２の所定の関係に帰着するように選択される。
【０００６】
本発明の幾つかの実施形態において、第１及び第２の波長−周波数関係は、所定の周波数間隔にわたって第１の波長が第２の波長よりも変化するために、第２の波長が、所定の周波数間隔にわたって第１の波長ほど、調整可能な周波数の関数として変化しないようにされる。
【０００７】
本発明の幾つかの実施形態において、第２の波長は、調整可能な周波数の関数として、第１の波長よりも少なくとも１００倍ゆっくりと変化する。
【０００８】
本発明の幾つかの実施形態において、サンプルは、所定の光−物質相互作用が発生する波長を含む興味ある相互作用帯域幅を画定し、第２のレーザ調整範囲は、相互作用帯域幅内である。
【０００９】
本発明の幾つかの実施形態において、サンプルは、非線形材料を含み、所定の光−物質相互作用は、興味ある相互作用帯域幅において発生する非線形光−物質相互作用を含む。
【００１０】
本発明の幾つかの実施形態において、非線形材料は、周波数倍増材料である。例えば、周波数倍増材料は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶、ホウ酸バリウム結晶（ＢａＢ２Ｏ４）又はチタンリン酸カリウム結晶（ＫＴｉＯＰＯ４）である。
【００１１】
本発明の幾つかの実施形態において、非線形材料は、第２の波長可変モードロックレーザとサンプルとの間に挿入される。
【００１２】
本発明の幾つかの実施形態において、非線形材料は、第１のレーザ光パルスで照明された場合に、第１の波長の半分である第３の波長を有する光を生成するように動作可能な周波数倍増材料である。
【００１３】
本発明の幾つかの実施形態において、第１の繰り返し率範囲は、第２の繰り返し率範囲に完全に含まれる。
【００１４】
本発明の幾つかの実施形態において、第１及び第２の波長−周波数関係は、第１及び第２の波長が、それぞれ、調整可能な周波数の第１及び第２の単調関数であるようにされる。
【００１５】
本発明の幾つかの実施形態において、所定の周波数間隔は、第１の間隔領域及び第２の間隔領域を規定し、第１及び第２の波長−周波数関係は、第１及び第２の波長が、第１及び第２の間隔領域のそれぞれにわたって、調整可能な周波数のそれぞれ単調関数であるようにされる。
【００１６】
本発明の幾つかの実施形態において、第１の波長可変モードロックレーザは、第１のトリガ信号の第１の列の受信に応じて、第３のレーザ光パルスを放射するように動作可能であり、第３のレーザ光パルスの第３の波長は、第３の波長−周波数関係に従って、調整可能な周波数に依存し、第１の波長可変モードロックレーザは、第３のレーザ調整範囲内の第３の波長を備えた第３のレーザ光もまた生成するように、第１の繰り返し率範囲にわたって動作可能である。
【００１７】
本発明の幾つかの実施形態において、第２の波長可変モードロックレーザは、第２のトリガ信号の第２の列の受信に応じて、第４のレーザ光パルスを放射するように動作可能であり、第４のレーザ光パルスの第４の波長は、第４の波長−周波数関係に従って、調整可能な周波数に依存し、第２の波長可変モードロックレーザは、第４のレーザ調整範囲内の第４の波長を備えた第４のレーザ光もまた生成するように、第２の繰り返し率範囲にわたって動作可能である。本発明の幾つかの実施形態において、第１及び第２の繰り返し率範囲の外側では、第１及び第２の波長可変モードロックレーザは、第１及び第２のレーザ光パルスをそれぞれ生成するようには動作不能である。
【００１８】
有利なことに、提案されるシステムは、放射波長の正確な制御を備えた２つ以上の分散波長可変能動モードロックレーザからのレーザ光パルスのほぼ同時の放射を可能にする。
【００１９】
本発明の他の目的、利点及び特徴は、添付の図面に関連して単に例として与えられる、本発明の好ましい実施形態の以下の非限定的な説明を読めば一層明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態で使用可能な波長可変レーザを概略図で示す。
【図２】本発明の代替実施形態で使用可能な波長可変レーザを概略図で示す。
【図３】本発明の別の代替実施形態で使用可能な波長可変レーザを概略図で示す。
【図４】本発明の更に別の代替実施形態で使用可能な波長可変レーザを概略図で示す。
【図５】本発明の更に別の代替実施形態で使用可能な波長可変レーザを概略図で示す。
【図６】本発明の更に別の代替実施形態で使用可能な波長可変レーザを概略図で示す。
【図７】本発明の更に別の代替実施形態で使用可能な波長可変レーザを概略図で示す。
【図８】光パルスのスペクトルを任意に成形するために使用可能な装置を概略図で示す。
【図９】本発明の更に別の代替実施形態で使用可能な波長可変レーザを概略図で示す。
【図１０】本発明の更に別の代替実施形態で使用可能な波長可変レーザを概略図で示す。
【図１１】本発明の実施形態に従って同期レーザシステムを概略図で示す。
【図１２】本発明の代替実施形態に従って同期レーザシステムを概略図で示す。
【図１３】本発明の別の代替実施形態に従って同期レーザシステムを概略図で示す。
【図１４】本発明の更に別の代替実施形態に従って同期レーザシステムを概略図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１〜１０は、他の同様のレーザと同期させたいと思う可能性がある様々な波長可変モードロックレーザを示す。図１を参照すると、第１の波長及び第２の波長を有するレーザ光１２を選択的に放射するための波長可変レーザ１０が示されている。本発明の幾つかの実施形態において、波長可変レーザ１０は、別々に離間された２つの異なる波長を有するレーザ光１２を放射できるが、２つを超える異なる波長を有するレーザ光１２と、所定の波長間隔に含まれる波長のほぼ連続的なスペクトル内に含まれる波長を有するレーザ光と、を放射できる波長可変レーザ１０を有することもまた本発明の範囲内である。
【００２２】
波長可変レーザ１０は、ポンプ光（図示せず）を放射するためのポンプ光源１４を含む。波長可変レーザ１０はまた、光共振器１６を含む。光共振器１６は、光共振器１６における第１の波長を有するレーザ光１２の第１の往復時間が、光共振器１６における第２の波長を有するレーザ光１２の第２の往復時間と異なるような構成、光学特性及び寸法を有する。利得媒体１８が、光共振器１６に挿入され、且つポンプ光源１４に光学的に結合される。利得媒体１８は、利得媒体の第１の端部２６及びほぼ反対側の利得媒体の第２の端部２８を規定する。当業者である読者は、用語「利得媒体の第１及び第２の端部２６及び２８」が、利得媒体１８が必ずしも直線構成であることを意味しないことを理解されよう。例えば、利得媒体は、巻かれた光ファイバによって形成されても良い。利得媒体１８は、ポンプ光をレーザ光１２に変換するためにポンプ光に反応する。例えば、波長可変レーザ１０は、ポンプ光を受信するために、且つポンプ光を利得媒体１８に伝達するために、利得媒体１８に光学的に結合されたポンプ光入力ポート２０（ポンプ結合器とも呼ばれる）を含む。本発明の代替実施形態において、数ある可能性の中で、例えば半導体利得媒体を含む任意の他の適切な利得媒体１８が使用可能であることに留意されたい。
【００２３】
光強度変調器２２が、レーザ光１２が光共振器１６において前後に伝搬するときに、レーザ光１２の一部を選択的に吸収するために光共振器１６に挿入される。光強度変調器２２は、変調周期と共に変調される光吸収係数を有する。変調周期は、第１の変調周期値と第２の変調周期値との間で選択的に調整可能である。第１及び第２の往復時間は、それぞれ第１及び第２の変調周期値のそれぞれの整数倍とほぼ等しい。
【００２４】
波長可変レーザ１０は、光共振器１６からレーザ光１２を放出するための出力ポート２４を更に含む。本発明の幾つかの実施形態において、波長可変レーザキャビティが、波長可変レーザ１０の代わりに設けられる。波長可変レーザキャビティは、単に、ポンプ光源１４が除去された波長可変レーザ１０である。波長可変レーザキャビティは、波長可変レーザ１０を構築するためにポンプ光源１４と共に使用可能である。
【００２５】
利得媒体１８がポンプ光で励起される場合に、第１の変調周期値を用いた光強度変調器２２の変調は、第１の波長を有するレーザ光を生成する。また、第２の変調周期値を用いた光強度変調器２２の変調は、第２の波長を有するレーザ光を生成する。
【００２６】
実際には、光強度変調器２２が変調される場合に、光強度変調器２２が、後続の又は前の瞬間におけるよりも多くの光を吸収する周期期間がある。レーザ光１２が、所定の周期期間において光強度変調器２２を優先的に透過されるので、光共振器１６内を循環するレーザ光パルスが、光強度変調器が変調される変調周期又はこの変調周期の倍数と等しい往復時間を有するような方法で、波長可変レーザ１０が、光共振器１６内を循環するレーザ光パルスを用いて動作するのが好ましいであろう。従って、光共振器１６の構成は、光強度変調器２２が第１及び第２の変調周期値でそれぞれ変調される場合に、第１及び第２の波長にそれぞれ対応する往復時間を有する光共振器１６内のレーザ光パルスに有利である。パルスのパルス期間は、多くの要因によって決定されるが、それらの中には、ポンプ光源１４によって供給される出力、波長可変レーザ１０全体における分散、及び光強度変調器２２によって提供される変調の正確な波形がある。
【００２７】
本発明の幾つかの実施形態において、連続的である代わりに段階的に変調周期を変更することが特に有利だと分かった。実際には、レーザは、動作する場合に所定の波長でロックされる傾向がある。次に、第１から第２の変調周期値にほぼ連続的に変調周期を変更することは、不安定性をもたらし、今度は第２の波長において困難なモードロッキングを助長する可能性がある。慎重なステップで変調期間を変更することによって、調整は、一般に利用可能なコンポーネントを用いて、より高速に行われる。
【００２８】
本発明の幾つかの実施形態において、多くの単一周波数信号の和である信号を用いて、光強度変調器２２の吸収係数を変調することは、出力レーザ光１２を変調する際に役立つ。例えば、互いに近い周波数を有する２つの正弦波信号の和である信号を用いて吸収係数を変調することによって、レーザ光１２は、２つの正弦波信号のビート周波数と等しい周波数で正弦波的に変化する出力を有する。
【００２９】
別の実施形態において、光強度変調器は、生成されるレーザ光パルスの対応する時間的強度プロファイルを生成するために、任意の適切な方法で時間的に変調される吸収係数を有する。時間変調は、光共振器１６における往復時間に対応する期間を備えて周期的である。
【００３０】
更に別の実施形態において、多波長パルスを生成することができる。その趣旨で、光共振器１６は、２つ以上の波長が光共振器１６において同じ往復時間を有するようにされる。光共振器１６がファイバブラッグ格子（以下で更に詳細に説明される）を含む特定の事例において、ブラッグ格子における波長の関数としての群遅延は、単調に増加も減少もしてはならない。実装形態の具体例において、波長の数は、分散におけるゼロの数と等しい。また、ブラッグ格子に沿った位置を備えた反射波長における変動の導関数は、波長それぞれの調整率を決定する。しかしながら、同じ結果を達成するように光共振器１６を構成できる他の方法が存在する。これらの実施形態の物理構造故に、全ての波長におけるレーザ光が、同期して生成され、且つ異なるカスタマイズ可能な比率で調整されることに留意されたい。
【００３１】
本発明の更に別の実施形態において、光共振器１６は、異なる波長の光刺激が、上記で最初に説明した「基本」実施形態におけるように、異なる往復時間を有するようにされる。これらの実施形態において、単一周期変調の場合に生成される多くの波長に対応する変調の和である変調で光強度変調器２２を変調することによって、異なる波長の刺激を有するレーザ光のパルス列が生成され得る。換言すれば、生成されるパルス列は、異なる波長を有する個別パルス列の線形重畳及び従って繰り返し率である。これは、パルス繰り返し率を増加させ、且つ比較的短い時間量にわたって多くの周波数を走査する。本発明の別の実施形態におけるように、光変調は、パルス整形の可能性を伴い、完全（完全な吸収）又は部分的（最大吸収において部分的吸収）である。
【００３２】
図１に示されている本発明の実施形態において、光共振器１６は、第１の反射器３０及び第２の反射器３２を含む。第１及び第２の反射器３０及び３２は、それぞれ、ほぼ第１及び第２の波長で反射性である。第１及び第２の反射器３０及び３２は、利得媒体の第１及び第２の端部を２６及び２８をそれぞれ通して、利得媒体１８に光学的に結合される。本発明の幾つかの実施形態において、他の光学コンポーネントが、反射器３０及び３２のどちらかと利得媒体１８との間に存在することに留意されたい。従って、第１及び第２の反射器３０及び３２は、利得媒体１８に直接物理的に結合される必要はない。
【００３３】
第１の反射器３０は、第１及び第２の波長を有するレーザ光１２をそれぞれ反射するための、第１の反射器の第１の部分３４及び第１の反射器の第２の部分３６を含む。第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６は、第１の反射器の第１の部分−利得媒体の距離及び第１の反射器の第２の部分−利得媒体の距離だけ、利得媒体の第１の端部２６からそれぞれ離間される。第１の反射器の第１の部分−利得媒体の距離は、第１の反射器の第２の部分−利得媒体の距離より小さい。従って、第１の反射器の第１の部分３４は、第２の波長を有するレーザ光が第１の反射器の第２の部分３６に到達できるように、第２の波長を透過させなければならない。
【００３４】
同様に、第２の反射器３２は、第１及び第２の波長を有するレーザ光１２をそれぞれ反射するための、第２の反射器の第１の部分３８及び第２の反射器の第２の部分４０を含む。第２の反射器の第１及び第２の部分３８及び４０は、第２の反射器の第１の部分−利得媒体の距離及び第２の反射器の第２の部分−利得媒体の距離だけ、利得媒体の第２の端部２８からそれぞれ離間される。第２の反射器の第１の部分−利得媒体の距離は、第２の反射器の第２の部分−利得媒体の距離より小さい。従って、第２の反射器の第１の部分３８は、第２の波長を有するレーザ光が第２の反射器の第２の部分４０に到達できるように、第２の波長を透過させなければならない。
【００３５】
従って、第１及び第２の反射器の第１の部分３４及び３８は、第１及び第２の反射器の第２の部分３６及び４０より小さな距離だけ互いに引き離される。これは、第１及び第２の反射器の第２の部分３６及び４０間の、第２の波長を有するレーザ光１２の往復時間より小さい、第１及び第２の反射器の第１の部分３４及び３８間の第１の往復時間を、第１の波長を有するレーザ光１２に持たせる。本発明の特定の実施形態において、第１及び第２の反射器３０及び３２は、それぞれ、それぞれのファイバブラッグ格子を含む。例えば、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６は、それぞれ、第１及び第２のファイバブラッグ格子セグメントを含む。本発明の特定の実施形態において、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６は、それぞれ、それぞれのチャープファイバブラッグ格子セグメントを含み、このセグメントは、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６の両方を画定する単一チャープファイバブラッグ格子を有することによって形成されても良い。この後者の構造の或る特定の実施形態において、連続的な波長選択を有する波長可変レーザ１０が提供される。
【００３６】
本発明の幾つかの実施形態において、第１の波長は、第２の波長より大きく、第１及び第２の反射器３０及び３２に含まれるチャープファイバブラッグ格子はまた、分散補償を提供する。しかしながら、本発明の代替実施形態において、第１の波長は、第２の波長より小さく、それは、提案される波長可変レーザ１０の他のコンポーネントが異常分散特性を有する実施形態において有用になり得る。
【００３７】
本発明の幾つかの実施形態において、第１の反射器３０は、比較的高い反射性のチャープファイバブラッグ格子を含む。これらの実施形態において、第１の反射器３０に入射するほぼ全ての光は、利得媒体１８の方へ逆に反射される。第２の反射器３２は、出力チャープファイバブラッグ格子であり、且つレーザ光１２の幾らかが第２の反射器３２を透過できるように完全には反射性でなく、従って、第２の反射器３２は、出力ポート２４を提供する。波長可変レーザ１０からレーザ光１２を出力する他の方法は、本発明の範囲内であり、それらの幾つかは、以下で更に詳細に説明される。
【００３８】
本発明の幾つかの実施形態において、利得媒体１８は、第１の波長における第１の利得及び第２の波長における第２の利得を有する。第１及び第２の利得は、互いに異なる。これらの実施形態では、２つの波長においてほぼ同様の出力を有するレーザ光１２の生成を促進するために、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６に含まれる第１及び第２のファイバブラッグ格子セグメントは、第１のセグメント反射率及び第２のセグメント反射率をそれぞれ有する。第１及び第２のセグメント反射率は、波長可変レーザ１０が、第１及び第２の波長においてほぼ一定の利得を有するようにされる。従って、これらの第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６におけるレーザ光１２の反射が、利得媒体１８の非平坦な利得曲線を補償するように、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６の反射率を選択することが可能である。
【００３９】
本発明の幾つかの実施形態において、第１及び第２の反射器３０及び３２の１つ又は両方は、それぞれ、それらに沿って可変群遅延を規定するチャープファイバブラッグ格子からそれぞれ作製される。従って、第１及び第２の反射器３０及び３２に沿った異なる部分に含まれるファイバブラッグ格子セグメントは、異なる群遅延特性を有し、それは、波長可変レーザ１０を用いて生成されるレーザ光パルスの期間に影響する。また、レーザ光パルスの期間以外のパルス特性は、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６に含まれるファイバブラッグ格子セグメント用に適切な群遅延を選択することによって修正することができる。
【００４０】
本発明の更に別の実施形態において、第２の反射器の第１及び第２の部分３８及び４０の位置は、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６が同じ位置に留まるのに対して、利得媒体１８に対して逆にされる。これらの実施形態において、レーザ光１２の波長選択は、第１の反射器の第１及び第２の部分３４及び３６が互いに離間される距離より大きい距離だけ、第２の反射器の第１及び第２の部分３８及び４０を互いに離間することによって可能にされる。チャープファイバブラッグ格子が、第１及び第２の反射器３０及び３２において用いられる場合に、異なる群遅延勾配が生成され、レーザは、２つの群遅延勾配間の差である群速度分散で動作する。従って、ケリーのサイドベンドを低減又は除去する、ソリトンレーザと正常分散レーザとの間の混合が形成される。
【００４１】
本発明の幾つかの実施形態において、利得媒体１８は、ドープ利得ファイバを含む。かかるドープ利得ファイバは、当該技術分野において周知であり、従って更に詳細には説明しない。任意の他の適切な利得媒体１８を用いて波長可変レーザ１０を製造することもまた本発明の範囲内である。また、ポンプ光源１４は、第１及び第２の波長の両方を有するレーザ光１２を利得媒体１８が生成できるようにするポンプ光を放射できる任意の適切なポンプ光源１４である。例えば、ポンプ光源１４は、発光ダイオードを含む。
【００４２】
ポンプ光入力ポート２０はまた、任意の適切なポンプ光入力ポート２０である。例えば、ポンプ光入力ポート２０は、波分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）、即ち、第１及び第２の波長を有する光が、それを自由に又はほぼ自由に透過できるようにするが、しかし光アイソレータ又は任意の他の適切な手段を介して、光及び特にレーザ光１２がポンプ光源１４の方へ逆に透過するのを防ぐ波分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）含む。ＷＤＭはまた、ポンプ光源１４によって放射されたポンプ光を受信すること、並びにこのポンプ光を光共振器１６及びより具体的には利得媒体１８へと透過させることを可能にする。
【００４３】
光強度変調器２２は、それを通る第１及び第２の波長を有するレーザ光１２の透過の際における変化を可能にする任意の適切なコンポーネントである。典型的には、光強度変調器２２は、第１の反射器３０を形成するチャープファイバブラッグ格子とポンプ光入力ポート２０を形成するＷＤＭマルチプレクサとの間に結合され挿入されるコンポーネントの形態を取る。しかしながら、光強度変調器２２のどんな他の物理的構成も、本発明の範囲内である。本発明の幾つかの実施形態において、光強度変調器２２は、電気−光学変調器を含む。
【００４４】
本発明の幾つかの実施形態において、光強度変調器２２は、２つの異なる吸収レベルでレーザ光１２が光強度変調器２２を通過できるようにするコンポーネントである。例えば、１つのレベルは、光強度変調器２２に入射するほぼ全ての光が光強度変調器２２を通過できるようにする。第２のレベルにおいて、光強度変調器２２に入射する光の所定の小部分は透過されない。これらの実施形態において、第１のレベルと第２のレベルとの間で光強度変調器２２の吸収係数を周期的に変更することは、上記のように光共振器１６を通って移動するレーザ光パルスを優先的に選択することである。
【００４５】
当業者である読者は、光強度変調器２２によってもたらされるモードロック効果が提供されるために、光強度変調器２２が、波長可変レーザ１０内を循環する光の全て又は大きな部分を吸収する必要はないことを容易に理解されよう。実際には、吸収係数における比較的小さな変化だけで、本発明の幾つかの実施形態において所望の効果を生成するために十分である。
【００４６】
本発明の幾つかの実施形態において、光強度変調器２２は、可変減衰変調器を含む。前に説明した光強度変調器とは反対に、可変減衰変調器は、所定の吸収域にわたって、光強度変調器２２の吸収係数におけるほぼ連続的な変更を可能にする。従って、この実施形態において、レーザ光１２の出力は、ポンプ光源１４の出力を用いて調整されることに加えて、光強度変調器２２を用いて調整されても良い。
【００４７】
図１に示されているように、本発明の幾つかの実施形態において、波長可変レーザ１０は、光強度変調器２２の変調周期を制御するためのコントローラ４２を含む。典型的には、第１及び第２の反射器３０及び３２において使用可能なファイバブラッグ格子などのファイバブラッグ格子は、それに沿った様々な位置において、製造欠陥故に、理想的で理論上予測可能な反射スペクトルを有しない。しかしながら、ひとたびファイバブラッグ格子が特徴付けられると、ファイバブラッグ格子の１つの端部から、それに沿った各位置への距離をマップすること、及び反射される特定の波長をこれらの位置のそれぞれと関連付けることが可能である。従って、このように第１及び第２の反射器３０及び３２を特徴付けることによって、コントローラ４２は、レーザ光１２が特定の波長可変レーザ１０用に放射される波長を正確に選択するようにプログラムすることができ、次に、変調周期が、この波長を達成するために選択され得るようにする。
【００４８】
また、チャープファイバブラッグ格子の群遅延特性は、完全ではない。欠陥が、パルスレーザ光１２における望ましくない影響を引き起こす可能性がある群遅延リップルを生成する。周波数の関数としての、群遅延リップルと群遅延との間の比率は、本明細書において比スペクトルと呼ばれる。波長可変レーザ１０によって生成されるレーザ光１２のパルスは、パルススペクトルを有する。比スペクトルが、パルススペクトルからほぼ分離される十分な精度でチャープブラッグ格子を製造することは好ましい。換言すれば、かなりの出力が存在する比スペクトル領域は、かなりの出力が存在するパルススペクトル領域から分離されるべきである。
【００４９】
図２は、代替波長可変レーザ１０Ａを示す。波長可変レーザ１０Ａは、波長可変レーザ１０のコンポーネントとほぼ類似の多くのコンポーネントを有する。従って、これらのコンポーネントは、更に詳細には説明されない。
【００５０】
図２から分かるように、波長可変レーザ１０Ａは、それが、それぞれのポンプ光入力ポート２０を通して利得媒体１８にそれぞれ結合される２つのポンプ光源１４を含む点で、波長可変レーザ１０と異なる。また、２つを超えるポンプ光源１４を有することは、本発明の範囲内である。更に、例えば、タップ４４が、利得媒体１８に対して反対側の、第１の反射器３０の端部に設けられ、その結果、フォトダイオード４６又は任意の他の適切な光強度測定装置が、テープ光を測定し、且つこの光強度をコントローラ４２に供給するために使用可能である。従って、コントローラ４２は、光強度測定値が、フォトダイオード４６によってコントローラ４２に送信され得るように、フォトダイオード４６に接続される。コントローラ４２はまた、ポンプ光の強度を制御するために、ポンプ光源１４に動作可能に結合される。次に、コントローラ４２は、レーザ光１２用の所定の出力を得るために、光強度測定値に応じて、ポンプ光源１４によって供給される出力を制御するためにフィードバックループにおいて用いられる。
【００５１】
図３は、更に別の波長可変レーザ１０Ｂを示す。波長可変レーザ１０Ｂもまた、波長可変レーザ１０に類似している。波長可変レーザ１０Ｂにおいて生じる差異は、代替の第１の反射器３０Ｂが用いられるということである。代替の第１の反射器３０Ｂは、第１の反射器３０Ｂが、光共振器１６からほぼ同様の第１の反射器−変調器の距離で、第１及び第２の波長の両方を有するレーザ光１２を反射するようにされる。例えば、これは、第１の反射器３０Ｂにおいてファイバブラッグ格子の代わりにミラーを用いることによって達成される。本発明の更に別の実施形態において、第１の反射器３０Ｂは、全ての入射光を第２の反射器３２の方へ返す光サーキュレータ又は光ファイバループによって取り替えられる。
【００５２】
図４は、光共振器１６、利得媒体１８、及び光強度変調器２２が、これらのコンポーネントの破線表現によって示されているように、全て偏光を保持する更に別の波長可変レーザ１０Ｃを示す。従って、波長可変レーザ１０Ｃは、偏光されたレーザ光１２を生成することができる。偏光を選択するために、偏光子４７が、レーザ光１２を偏光させるために光共振器１６Ｃに挿入される。
【００５３】
図５は、更に別の波長可変レーザ１０Ｄを示す。波長可変レーザ１０Ｄは、第１及び第２の反射器３０及び３２の代わりに単一の反射器３０だけを用いる。光共振器１６Ｄにおける共振は、光サーキュレータ４８を用いることによって提供される。光サーキュレータ４８は、サーキュレータの第１のポート５０、サーキュレータの第２のポート５２、及びサーキュレータの第３のポート５４を含む。光サーキュレータ４８は、サーキュレータの第１のポート５０に入射するレーザ光が、サーキュレータの第２のポート５２で放射され、サーキュレータの第２のポート５２に入射するレーザ光が、サーキュレータの第３のポート５４で放射され、且つサーキュレータの第３のポート５４に入射するレーザ光が、サーキュレータの第１のポート５０で放射されるような方法で構成される。サーキュレータの第１のポート５０は、利得媒体の第１の端部２６を通して利得媒体１８に光学的に結合され、光強度変調器２２は、利得媒体の第１の端部２６とサーキュレータの第１のポート５０との間に挿入される。サーキュレータの第２のポート５２は、反射器３０に光学的に結合され、サーキュレータの第３のポート５４は、利得媒体の第２の端部２８を通して利得媒体１８に光学的に結合され、ポンプ光入力ポート２０は、利得媒体の第２の端部２８とサーキュレータの第３のポート５４との間に挿入される。反射器３０は、第１及び第２の反射器３０及び３２と類似の反射器であり、且つ第１及び第２の反射器３０及び３２の構造及び機能とほぼ類似の構造及び機能を有する。この実施形態において、反射器３０は、レーザ光１２の一部に反射器３０を透過させることによって、レーザ１０Ｄによるレーザ光１２の放射を可能にする。本発明のこの実施形態において、一方向ループが生成され、それは、光強度変調器２２によって引き起こされる波長可変レーザ１０Ｄにおける損失を低減する。
【００５４】
本発明の更に別の実施形態において、図６に示されている波長可変レーザ１０Ｅが提供される。波長可変レーザ１０Ｅは、光強度変調器２２とサーキュレータの第１のポート５０との間に挿入された代替出力ポート２４Ｅを含む。波長可変レーザ１０Ｅは、波長可変レーザ１０Ｄの構成とほぼ類似の構成を有するが、反射器３０が、高度に反射性であり、従ってレーザ光１２が反射器３０を透過できるようにはしないという例外がある。代わりに、ファイバ結合器又は換言すればタップの形をした出力ポート２４Ｅが、波長可変レーザ１０Ｅにタップするために、従って波長可変レーザ光１２を放出するために設けられる。
【００５５】
図７は、波長可変レーザ１０Ｆ用の更に別のジオメトリを示すし、波長可変レーザ１０Ｆでは、第２の反射器３２Ｆが、利得媒体１８からレーザ光１２を受信するための、且つレーザ光１２を逆に利得媒体１８に戻すための光サーキュレータ４８を含む。この実施形態において、サーキュレータの第１のポート５０は、サーキュレータの第３のポート５４に光学的に結合され、それらの間に光スイッチ５１及び光強度変調器２２が挿入される。サーキュレータの第２のポート５２は、第１の反射器３０に光学的に結合され、それらの間に利得媒体１８及びポンプ光入力ポート２０が挿入される。有利なことに、レーザ光１２の放射、レーザ光１２の強度の変調、及びレーザ光１２の任意の他の調整又は特徴付けを可能にするために、様々な光学コンポーネントが、サーキュレータの第１及び第３のポート５０及び５４間に形成されるループに挿入され得る。
【００５６】
光スイッチ５１は、出力ポート２４Ｆを規定し、光共振器１６Ｆからレーザ光１２を選択的に放出するために、且つ光共振器１６Ｆにレーザ光１２を閉じ込めるために使用可能である。より具体的には、光スイッチ５１の１つの状態において、スイッチ５１に入射する全ての光は、光共振器１６Ｆにフィードバックされる。これは、光共振器１６Ｆ内におけるレーザ光パワーの蓄積を可能にする。パルスが、光共振器１６Ｆから外に導かれることになる場合に、スイッチ５１は、もう一方の状態に切り替えられ、その状態では、スイッチ５１に入射する光の一部又は全ては、出力ポート２４Ｆを形成する別のポートで出力される。
【００５７】
当業者である読者は、本発明の代替実施形態において、波長可変レーザ１０Ｄ、１０Ｅ及び１０Ｆが、サーキュレータの第１及び第３のポート５０及び５４間の任意の適切な場所に位置する光強度変調器２２を有することを容易に理解されよう。換言すれば、サーキュレータの第１及び第３のポート５０及び５４間に形成されるループにおける光強度変調器２２の正確な位置は、満足に機能する波長可変レーザを達成しながら、このループに沿って変更することができる。本発明の更に別の実施形態において、波長可変レーザ１０Ｄ、１０Ｅ及び１０Ｆの様々なコンポーネントは、光共振器が形成される限り、任意の適切な順序で構成される。また、ポンプ光は、レーザ光の方向に又は反対方向のどちらかに移動することができる。
【００５８】
図８を参照すると、光パルスのスペクトルを任意に成形するための装置１００が示されている。本発明の幾つかの実施形態において、装置１００は、任意のスペクトルを有するレーザ光パルスを供給するために、波長可変レーザ１０〜１０Ｆにおける適切な位置に挿入される。
【００５９】
装置１００は、光サーキュレータ４８を含む。光サーキュレータ４８は、サーキュレータの第１のポート５０、サーキュレータの第２のポート５２、及びサーキュレータの第３のポート５４を含む。光サーキュレータ４８は、サーキュレータの第１のポート５０に入射する光が、サーキュレータの第２のポート５２で放射され、サーキュレータの第２のポート５２に入射する光が、サーキュレータの第３のポート５４で放射されるような方法で構成される。サーキュレータの第１のポート５０は、レーザ光を受信するために使用される入力ポート１０２に光学的に結合される。サーキュレータの第２のポート５２は、異なる波長を有する光を反射器３０に沿った異なる位置で反射する、チャープブラッグ格子などの反射器３０に光学的に結合され、サーキュレータの第３のポート５４は、光変調器２２に光学的に結合される。光変調器２２は、光変調器２２によって変調された光を放出するために使用可能な出力ポート２４に光学的に結合される。
【００６０】
反射器３０は、入力ポート１０２に入射する光に含まれる異なる周波数を時間的に広げる。従って、時間の関数としての光変調器２２の吸光度の適切な調整によって、任意の所望のスペクトルを有する光が実現可能である。また、入力ポート１０２に入射する光の各連続パルスは、異なって成形することができる。本発明の幾つかの実施形態において、出力ポート２４は、反射器３０のコンポーネントと逆の分散を有する光学コンポーネントに光学的に結合され、それによって、スペクトル的に成形されたパルスを時間的に圧縮する。
【００６１】
本発明の代替実施形態において、異なる周波数を有する光を時間的に広げる任意のコンポーネントが、反射器３０の代わりに使用可能であることに留意されたい。
【００６２】
本発明の更に別の実施形態において、図９に示されている波長可変レーザ１０Ｇが提供される。波長可変レーザ１０Ｇは、図６に示されててる波長可変レーザに１０Ｅに類似している。しかしながら、遅延素子６０が、遅延素子６０を通過する光を遅延させるか又は位相を変化させるために、レーザ１０Ｇの共振器における任意の適切な位置に挿入される。例えば、遅延素子６０は、ポンプ結合器２０と利得媒体１８との間に挿入される。遅延素子６０は、波長可変レーザ１０Ｇのパルス周波数／光波長関係を変化させる。遅延素子６０が可変遅延素子である場合に、この関係は、任意の必要とされる関係へと調整することができる。例えば、遅延は、波長可変レーザ１０Ｇによって放射される全ての波長が同じパルス周波数を有するように選択され得る。
【００６３】
本発明の更に別の実施形態において、図１０に示されている波長可変レーザ１０Ｈが提供される。波長可変レーザ１０Ｈは、図６に示されている波長可変レーザに１０Ｅに類似している。しかしながら、多くの反射器３０が、単一の反射器の代わりに並列で用いられる。反射器３０のそれぞれは、所与の共振キャビティ長のために異なる波長を反射する。これは、多くの異なる波長を含むレーザ光パルスが生成され、全ての波長が同期されるレーザを生成する。２つの反射器が図面に示されているが、任意の適切な数の反射器が使用可能である。反射器３０は、例えば波長分割マルチプレクサなどの任意の適切な結合器６２を用いて、波長可変レーザ１０Ｈの残りに結合される。本発明の別の同様の実施形態において、異なる波長を反射する反射器３０は、例えば、単一の光ファイバにおける重ねられたブラッグ格子として単一コンポーネントで具体化される。
【００６４】
多波長レーザの更に別の例において、レーザ１０又は１０Ａ〜１０Ｆの１つと類似の構造を有するレーザが、それらの反射器（それぞれの波長を有する各光をもっぱら反射する）に異なる波長用の異なる長さのキャビティを生成させることによって、多くの波長を含むパルスを生成し、長さは、全ての波長用の往復伝搬時間が、全て、基準期間の整数倍であるようにされる。光強度変調器２２が変調される周波数を適切に選択することによって、全ての波長における光パルスの同時生成が可能である。例えば、基線長のキャビティが第１の波長用に生成され、基線長の２倍のキャビティが第２の波長用に生成される場合に、第１の波長におけるパルスを生成するために必要な速度で光強度変調器を変調することは、第２の波長におけるパルスの生成を自動的に可能にする。
【００６５】
光共振器を循環するパルス用の適切な波長及びそれらの間の遅延（又は位相差）用を選択することによって、任意の形状を有する結果としての合計パルスを合成することが可能である。本発明の幾つかの実施形態において、結果としてのパルスは、結果としての合計パルスを圧縮するための使用に先立って、チャープファイバブラッグ格子によって反射される。
【００６６】
上記のレーザなどの多波長レーザの別の適用は、多くの異なる波長を有するレーザ光を光共振器内に同時に形成する可能性に存在する。多くの波長が存在するので、一波長からもう一方の波長へのレーザ動作の切り替えは、各連続波長における放射用のレーザの安定性が既に部分的に完成しているので容易にされる。
【００６７】
上記の波長可変レーザ１０〜１０Ｈにおいて、適切なコンポーネントを用いることは、レーザ光パルスの強度を変更することによって、これらのレーザ光パルスの期間の変更を可能にする。今度は、この強度は、光強度変調器２２によって提供される光強度変調及びポンプ光源１４によって提供される出力の期間及び時間発展プロファイルなどの多くの管理可能変数を変更することによって調整可能である。幾つかの実施形態において、第１の反射器３０、第２の反射器３２、又は第１及び第２の反射器３０及び３２の両方は、調整可能な分散を有し、次にそれはまた、レーザ光パルスの形状及び期間を変更するために使用可能である。パルス期間における変更が、パルス繰り返し周波数を変更せずに達成可能であることに留意されたい。
【００６８】
波長可変レーザの幾つかの実施形態を上記で説明したが、多くの他の変形を有することは、本発明の範囲内である。また、提案された波長可変レーザを異なる動作範囲で動作させるために、レーザに関連する多くの概念を用いることも本発明の範囲内である。例えば、提案されたレーザは、Ｑスイッチ型であっても良く、且つ特定の実施形態において上記で説明したように、キャビティダンピングが用いられても良い。
【００６９】
図１１〜１４は、本発明の様々な実施形態に従って同期レーザシステムを示す。図１１に関連して、第１の同期レーザシステム１００は、第１及び第２の波長可変モードロックレーザ１０２及び１０４、並びにトリガ１１０を含む。任意の適切な波長可変モードロックレーザ１０２及び１０４、例えば、数ある可能性の中で、上記のレーザ１０〜１０Ｈが使用可能である。
【００７０】
トリガ１１０は、第１及び第２の波長可変モードロックレーザ１０２及び１０４に第１の及び第２のトリガ信号をそれぞれ発行するように動作可能であり、第１及び第２のトリガ信号は、周期的であり、且つそれらのトリガ信号間における所定の遅延を伴って共通の調整可能な周波数で放射される。調整可能な周波数は、所定の周波数間隔に含まれる。所定の遅延は、周波数に依存性であるか又は任意のシステム用に固定されても良い。所定の遅延は、数ある要因の中で、異なる同期レーザシステム１００間の第１及び第２の波長可変モードロックレーザ１０２及び１０４の特性における変動を補正する。所定の遅延は、第１及び第２のレーザ光パルスが、サンプル１１２にほぼ同時に到着するために放射されるようにされる。換言すれば、所定の遅延はまた、幾つかの実施形態において、第１及び第２の波長可変モードロックレーザ１０２及び１０４と照明されるサンプルとの間の伝搬遅延における変動を補償しても良い。かかる遅延は、数ある可能性の中で、第１及び第２のパルスをサンプル１１２に導く光ファイバ又は任意の他の光学コンポーネントによって引き起こされる可能性がある。
【００７１】
第１及び第２のトリガ信号間の遅延は、初期トリガを複製すること、及び任意の適切な方法で複製トリガを遅延させ、一方で初期トリガを遅延させないことによって、生成されても良い。かかる遅延は、当該技術分野において周知であり、それらを達成する方法は、更には説明しない。
【００７２】
第１及び第２の波長可変モードロックレーザ１０２及び１０４は、第１及び第２のトリガ信号の第１及び第２の列のそれぞれの受信に応じて、第１及び第２のレーザ光パルスをそれぞれ放射するように動作可能である。それぞれ第１及び第２のレーザ光パルスの第１及び第２の波長は、第１の及び第２の波長−周波数関係にそれぞれ従って、第１及び第２のトリガ信号の調整可能な周波数に依存する。第１及び波長可変モードロックレーザ１０２及び１０４は、第１のレーザ調整範囲内の第１の波長及び第２のレーザ調整範囲内の第２の波長を備えた第１及び第２のレーザ光を生成するために、所定の周波数間隔のそれぞれ第１及び第２の繰り返し率範囲部分にわたって動作可能である。第１及び第２の波長−周波数関係は、第１及び第２の繰り返し率が重複する所定の周波数間隔から、各調整可能な周波数における第１及び第２の波長間の所定の関係に帰着するように選択される。第１及び第２の繰り返し率範囲の外側では、幾つかの実施形態において、レーザ光は、第１及び第２の波長可変モードロックレーザ１０２及び１０４によって生成されない。
【００７３】
例えば、第１及び第２の波長可変モードロックレーザ１０２及び１０４は、上記のレーザ１０Ｅに類似している。しかしながら、任意の他の適切な分散調整能動モードロックレーザ（ＤＴＡＭＬ）が使用可能である。この文献の残りは、別段の言及がなければ、システム１００の説明を簡潔にするために、第１及び第２の波長可変モードロックレーザ１０２及び１０４が、レーザ１０Ｅに類似している特定の事例を指す。この場合に、第１及び第２のトリガ信号は、光吸収における変化をトリガするために、光強度変調器２２に送信される。簡潔にするために、第１及び第２の波長可変モードロックレーザ１０２及び１０４は、以下では単にレーザ１０２及び１０４と呼ばれる。
【００７４】
図１１において、第１及び第２のレーザ１０２及び１０４の第１の反射器１０６及び１０８は、図６の反射器３０に対応するチャープファイバブラッグ格子である。第１及び第２の反射器１０６及び１０８は、必ずしも正確な縮尺では描かれていないが、しかし図１１におけるより長い要素は、システム１００の物理的な実施形態におけるより長い要素に対応する。同様に、ファイバブラッグ格子を表す、第１及び第２の反射器１０６及び１０８のそれぞれに示された短い垂直バーの間隔は、再び正確な縮尺ではないが、システム１００の物理的な実施形態を反映し、より近い格子は、より短い波長を反射する第１及び第２の反射器１０６及び１０８の部分を表す。
【００７５】
同じ繰り返し率を有する第１及び第２のレーザ１０２及び１０４の両方に関して、それらは、同じキャビティ長を有する必要があるか又はキャビティ長は、互いの整数倍である必要がある。キャビティ長はレーザにおける光の伝搬時間によって示される。換言すれば、光ファイバが用いられる場合に、キャビティの物理的寸法は、重要な要因ではないが、しかしキャビティの伝搬時間は、決定的な要因である。実際には、第１及び第２のレーザ１０２及び１０４のそれぞれにおいて用いられるファイバ及びそこを循環する光の波長のタイプに依存して、キャビティは、キャビティにわたる所与の伝搬時間を達成するために、必要とされる異なる物理的寸法を有しても良い。
【００７６】
ＤＴＡＭＬの特性は、それらのレーザキャビティが分散性である（即ち、異なる波長が、キャビティにおいて異なる伝搬時間を有する）ので、一連の繰り返し率にわたって動作するということである。第１の繰り返し範囲に対応する、レーザ１０２用の繰り返し率範囲Ｒ１、及び第２の繰り返し範囲に対応する、レーザ１０２用のＲ２（各範囲Ｒｘは、繰り返し率ｆ０で開始し、レーザ光パルスλ０及びλｖの波長にそれぞれ対応するｆｎで終了する）の名前を挙げよう。従って、２つのＤＴＡＭＬを同期させるために、それらの繰り返し率範囲を重複させる必要がある。範囲が部分的に重複する場合に、共通の繰り返し率にわたって両方のレーザを部分的にのみ調整することができ、このゾーンの外側では１つのレーザだけが動作する（又はレーザは動作しない）。１つのレーザ（例えばレーザ１０２）が、両方のキャビティ長を正確に等しくする厳密な条件なしに、その調整範囲全体にわたって動作することを確実にする１つの方法は、その繰り返し率範囲が、図１１に示されているように、もう一方のレーザ（この例ではレーザ１０４）の繰り返し率範囲より小さいこと（Ｒ１＜Ｒ２）を確実にすることである。２つのＤＴＡＭＬを同期させる場合に、自らの調整範囲にわたって調整されるレーザ１０２は、他のレーザ（単複）より小さな繰り返し率範囲を有しなければならない。これは、レーザ１０２の正味分散（｜Ｄ｜）×調整範囲（Δλ）の大きさの積を、レーザ１０４の積より小さくすること（｜Ｄ１｜・Δλ１＜｜Ｄ２｜・Δλ２）によって達成される。より一般的には、所定の周波数間隔にわたって第２の波長が第１の波長よりも多く変化するために、第１の波長が、所定の周波数間隔にわたって第２の波長ほど調整可能な周波数の関数として変化しないように、第２の波長−周波数関係を有することが、幾つかの実施形態において有利である。
【００７７】
繰り返し率を変更する場合に、両方のＤＴＡＭＬは、それらの周波数を同時に調整する。興味ある事例は、もう一方のレーザの波長が調整されている間に、ＤＴＡＭＬの１つを準固定波長で動作させることである。例えば、第２の波長は、調整可能な周波数の関数として、第１の波長よりも少なくとも１００倍ゆっくりと変化する。従って、この場合に、第１及び第２の波長の関係は、第１の波長が変更される場合に、第２の波長が、ほぼ一定に留まるということである。やはりレーザ１０２の調整範囲全体にわたってレーザ１０２を調整したい場合に、レーザ１０４を準固定波長で動作させよう。この場合に、重複条件（｜Ｄ１｜・Δλ１＜｜Ｄ２｜・Δλ２）は、やはり当てはまる。レーザ１０４を準固定にするために、その調整範囲を制限する（Δλ２＜＜Δλ１）。重複条件を満たすために、（｜Ｄ２｜＞＞｜Ｄ１｜）を有しなければならない。２つのＤＴＡＭＬを同期させ、且つ繰り返し率にかかわらず、それらのレーザの１つを準固定波長で動作させるために、このレーザの分散は、非常に高くなければならない。
【００７８】
トリガ１１０の繰り返し率の関数としての波長の変動率におけるこの非対称性は、多くの状況において有用である。例えば、サンプル１１２は、所定の光−物質相互作用が発生する波長を含む興味ある相互作用帯域幅を規定し、第２のレーザ調整範囲は、相互作用帯域幅内である。具体例において、所定の光−物質相互作用は、興味ある相互作用帯域幅において発生する非線形光−物質相互作用を含む。例えば、かかる非線形相互作用を伴う２つの広い材料区分は、非線形結晶及び分子の非線形性である。Ｘ（２）非線形性を示す非線形結晶は、和周波数生成又は差差周波数生成を通して、第１のレーザ１０２及び第２のレーザ１０４からの波長を、両方のレーザ１０２及び１０４の波長よりそれぞれ低いか又は高い第３の波長に変換する。かかる結晶の中には、ＡｇＧａＳｅ２、ＡｇＧａＳ２、ＧａＡｓ及びＧａＳｅ結晶がある。非線形材料のまさに具体例は、ニオブ酸リチウム結晶（ＬｉＮｂＯ３）、ホウ酸バリウム結晶（ＢａＢ２Ｏ４）又はチタンリン酸カリウム結晶（ＫｔｉＯＰＯ４）などの周波数倍増材料であろう。かかる周波数倍増材料は、第２のレーザ光パルスで照明された場合に、第２の波長の半分である第３の波長を有する光を生成するように動作可能である。多くのかかる材料は、周波数倍増が発生する比較的小さな波長帯域幅、例えば数ナノメートル及び場合によっては１ナノメートルもの小さな波長帯域幅を有する。別の材料区分は、Ｘ（３）ラマン利得スペクトルを有する任意の分子量物質である。両方のレーザ１０２及び１０４の波長は、それらの差（エネルギにおける）が利得と一致する場合に、第３の波長を生成する。ほとんどのガス及び有機化合物は、特有のラマンスペクトルを有する。本発明は、異なる波長を有する２つのレーザパルスが材料において相互作用する場合に分子スペクトルが得られるコヒーレント反ストークスラマン分光（ＣＡＲＳ）に良く適しており、波長間の差は変更される。例えば、これは、第２のレーザ１０４の第２の波長を固定又はほぼ固定に維持することによって、且つ第１のレーザ１０２の第１の波長を変化させることによって実行されても良い。別の例（図示せず）において、非線形材料を含むサンプルを有する代わりに、非線形材料が、第２のレーザ１０４とサンプル１１２との間に挿入される。
【００７９】
図１１で分かるように、典型的には、第１及び第２の波長−周波数関係は、第１及び第２の波長が、それぞれ、調整可能な周波数の第１及び第２の単調関数であるようにされる。単調関数は、独立変数が増加しても、従属変数が、減少も増加もしないようにされる。
【００８０】
このように、両方のレーザ１０２及び１０４は、それらのそれぞれの第１の反射器１０６及び１０８における一領域、即ち反射波長が繰り返し率と共に変化する一領域を有すると仮定した。しかしながら、システム１００Ａ用の図１２で分かるように、各レーザ１０２Ａ及び１０４Ａは、波長が離散的で分離されても又は接触し連続的であっても、それらのレーザのそれぞれの第１の反射器１０６Ａ及び１０８Ａにおける多数の長手方向に離間されたゾーン、即ち繰り返し率（様々な繰り返し率範囲Ｒｍに対応する）と共に変化するゾーンを有することができる。従って、異なる反射器領域が、所定の周波数間隔における異なる領域で用いられる。１つのレーザのゾーンが、もう一方のレーザのゾーンとペアにされるように、各レーザ１０２Ａ及び１０４Ａを設計することが可能である。ペアリングは、１対１又は１対多とすることができる。１対１のペアリングの場合は、簡単である（図１２）。各レーザ１０２Ａ及び１０４Ａは、重複条件が満たされる第１の反射器１０６Ａ及び１０８Ａにおける２つ以上のゾーンを有し、それは、Ｒ１ａもＲ２ａも他のゾーンとペアにならないように、レーザ１０２Ａの特定のゾーン（Ｒ１ａ）及びレーザ１０４Ａの特定のゾーン（Ｒ２ａ）を用いて満たされる。幾つかの実施形態において、図１２で分かるように、所定の周波数間隔は、第１の間隔領域及び第２の間隔領域を画定し、第１及び第２の波長−周波数関係は、第１及び第２の波長が、第１及び第２の間隔領域のそれぞれにわたって、調整可能な周波数のそれぞれ単調関数であるようにされる。
【００８１】
別の実施形態において、第１及び第２のレーザ１０２及び１０４の１つ又は複数は、各光パルスにおいて１つを超える波長を放射することができる。
【００８２】
１対多のペアリング（図１３、システム１００Ｂ）の場合は、（Ｎ・Ｒ１ａ＝Ｒ２ａ及びＭ・Ｒ１ａ＝Ｒ２ｂ）（この式でＮ及びＭは整数である）であるように、１つのレーザ１０２Ｂの第１の反射器１０６Ｂにおけるゾーン（ｎ・Ｒ１ａ）ともう一方のレーザ１０４Ｂの第１の反射器１０８Ｂにおける異なるゾーン（Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ）の異なる調波を一致させることによって達成される。両方の場合において、単にレーザ１０２Ｂ及び１０４Ｂの繰り返し率を変更することによって、１つのペアリングから別のペアリングへと進むことができる。ＤＴＡＭＬは、同じ繰り返し率を有する（１対１のペアリング）か又は互いの調波である（１対多のペアリング）多数のゾーンにわたって同期させることができる。
【００８３】
異なるゾーンが同じ繰り返し率を有するように、図１４に示されているシステム１００Ｃにおけるように、１つのレーザ又は両方のレーザ１０２Ｃ及び１０４Ｃに並列経路を生成する場合に、波長が、各並列ゾーン用に放射される。両方のレーザ１０２Ｃ及び１０４Ｃがかかる並列ゾーンを有する場合に、我々は、１つのレーザからの（１つ又は複数の）波長のセットを他のレーザの（１つ又は複数の）波長のセットと一致させることができる。システム１００Ｃにおけるように、並列分岐が、異なるゾーンのペアリングと組み合わされ得ることに留意されたい。これらの実施形態において、レーザ１０２Ｃ及び１０４Ｃは、上記のレーザ１０Ｈの構造と類似した構造を有する。
【００８４】
多くの波長を放射する１つのレーザに対立するものとして２つのレーザを有することが、本発明によって解決されるパルス同期における困難をもたらし、一方で有利なことにレーザの外側の群遅延を補償可能にすることに留意されたい。この特徴は、多くの用途において非常に重要である。更に、多数の波長でパルスを放射するために単一のレーザを用いることは、幾つかの利得媒体にとって問題になり得る。２つのレーザの使用は、これらの問題を解決する。
【００８５】
２つのレーザの同期化は、上記で説明したが、２つを超えるレーザもまた、同様の方法で同期化することができる。
【００８６】
本発明が、その好ましい実施形態によって上記で説明されたが、それは、本発明の趣旨及び性質から逸脱せずに、添付の特許請求の範囲において定義されているように修正することができる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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