(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる中心周波数の複数の光パルスを出力し、それらの出力のパルスタイミングが受動的に同期されているモード同期パルスレーザー装置において、このレーザーの出力光パルス相互のパルス内光波位相のずれを、それぞれの出力光パルスを直接重ね合わせる、あるいは光周波数を波長変換により同一波長にそろえて重ね合わせる、のいずれかの方法で相互のビートをとることにより検出し、検出した信号を誤差信号として共振器長へのフィードバック制御によってパルス内光波位相のずれ方を固定して、このレーザーのパルス内光波位相の同期をとることを特徴とする光波位相同期レーザー装置。
【請求項２】
モード同期パルスレーザーのパルス内光波位相のずれを検出した信号に基づいて共振器長を変化させ、同じレーザー媒質を透過する複数の異なる光周波数をもつパルスレーザーの繰り返し周波数の引き込み動作を行わせるパルスレーザーの時間同期装置を備え、前記パルスレーザーの時間同期装置からのそれぞれのパルスレーザーにおける出力光パルス相互の前記パルス内光波位相のずれを、それぞれの出力光パルスを直接重ね合わせる手段、あるいは光周波数を波長変換により同一波長にそろえて重ね合わせる手段、のいずれか１つの手段により相互のビートをとることにより検出し、前記検出した前記ずれを表す信号を誤差信号として共振器長へのフィードバック制御によってパルス内光波位相のずれ方を固定して、前記パルスレーザー間のパルス内光波位相の同期をとることを特徴とする請求項１記載の光波位相同期レーザー装置。
【請求項３】
前記パルスレーザーの時間同期装置を、第１のゲイン帯域を有し一方のレーザー光のみを透過する第１のレーザー媒質と、前記第１のゲイン帯域に含まれない第２のゲイン帯域を有し前記レーザー光を含み複数のレーザー光を透過する第２のレーザー媒質と、前記第１と第２のレーザー媒質をそれぞれ個別に備えた第１および第２の共振器と、それぞれ相互に光周波数の異なる２つのレーザー発振器とを有し、それぞれのレーザー媒質はそれぞれ異なる共振器を含む光学系に設けられ、前記異なる共振器を一方のレーザー媒質中で両レーザー光が重なるように配置し、前記共振器には共振器長を調節する手段を備えてなることを特徴とする請求項２記載の光波位相同期レーザー装置。
【請求項４】
前記共振器の一方をチタンサファイアレーザーとし、他方をクロムフォルステライトレーザーとしたことを特徴とする請求項３記載の光波位相同期レーザー装置。
【請求項５】
それぞれ相互に光周波数の異なる複数のレーザー発振器を備えた前記パルスレーザーの時間同期装置と、前記複数のレーザー発振器それぞれに対し同じ光周波数となるようにそれぞれの出力から任意次数の高調波を出力する第ｎ次高調波発生装置と、それぞれの前記第ｎ次高調波発生装置の出力の重ね合わせでおこるビート信号を検出する検出器と、前記レーザー発振器の繰り返し周波数を検出する検出器と、前記両検出器の出力に基づき前記複数のレーザー発振器出力光の高調波光相互の光の周波数と位相を、前記両検出器から出力される交流電気信号の周波数と位相に基づいて比較する周波数−位相比較器と、前記周波数−位相比較器の出力を前記パルスレーザーの時間同期装置の前記共振器長を調節する手段へフィードバックするように構成したことを特徴とする請求項３記載の光波位相同期レーザー装置。
【請求項６】
前記一方の第ｎ次高調波発生装置の任意次数の高調波をチタンサファイアレーザーパルスの第２高調波とし、前記他方の第ｎ次高調波発生装置の任意次数の高調波をクロムフォルステライトレーザーパルスの第３高調波としたことを特徴とする請求項５記載の光波位相同期レーザー装置。
【請求項７】
一つのレーザー結晶から近接する２波長を受動的にパルスタイミング同期させる装置において、パルス内光波位相を比較してフィードバックを行い高安定にタイミング同期させることを特徴とする請求項１又は２項記載の光波位相同期レーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信、医療、科学技術分野において超短パルス光源として広く用いられるフェムト秒パルスレーザー発生装置に関し、特にその同期制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
受動的にパルスタイミングが同期しているレーザー装置には、一つのチタンサファイア結晶で近接する二つの波長の同期したパルスを発生させるもの「Ｊ．  Ｍ．  Ｅｖａｎｓ，  ｅｔ．  ａｌ．，  Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．  １８，  １０７４  （１９９３），参考文献「１」：Ａ．  Ｌｅｉｔｅｎｓｔｏｒｆｅｒ，  ｅｔ．  ａｌ．，  Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．  ２０，  ９１６  （１９９５），参考文献「２」：Ｍ．  Ｒ．  Ｘ．  ｄｅ  Ｂａｒｒｏｓ  ｅｔ．  ａｌ．，  Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．  １８，  ６３１  （１９９３），参考文献「３」：Ｄ．  Ｒ．  Ｄｙｋａａｒ，  ｅｔ．  ａｌ．，  Ｏｐｔ  Ｌｅｔｔ．  １８，  ６３４  （１９９３）参照」と、チタンサファイアレーザーとクロムフォルステライトレーザーとを組み合わせて異なる波長をもつパルスを同期させたものとがある（パルスレーザーの時間同期装置：特願２００１−２１１６３４）。
【０００３】
本文中において、「受動的にパルスタイミングが同期している」とは、複数のレーザーパルスのタイミングを同期させる際、能動的な素子を用いる場合に対し受動的な素子のみによってパルスタイミングを同期させるとき安定な動作を行う同期状態を意味し、「受動的にパルスタイミングが同期しているレーザー装置」とは、現在までに一つのレーザー結晶で２波長のパルスを発生させるものと、複数のレーザー結晶からそれぞれ大きく異なる２波長のパルスを発生させる装置がある。
【０００４】
上記の２波長チタンサファイアレーザーにおいては時間同期した近接する波長を持つ二つのパルスが発生するが、その安定性に問題がある。上記２パルスレーザーの時間同期装置においても長期安定性に問題がある。これらは受動的に時間同期した状態で同期がはずれるまで変化していくパラメータがとらえられていなかったからである。つまり、検出対象が、同期している状態か、はずれている状態かの２つしかなく、中間で動いていくパラメータをとらえることができなかった。
【０００５】
発明者らはパルスの包絡線の位置あわせする同期装置を既に特願２００１−２１１６３４として提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記受動的なパルスタイミング同期では温度等の環境の変化により長時間の安定性に欠ける問題がある。
本発明の目的は、パルスレーザーを高い精度で高安定に同期することができる光波位相同期レーザー装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために以下の解決手段を採用する。
（１）異なる中心周波数の複数の光パルスを出力し、それらの出力のパルスタイミングが受動的に同期されているモード同期パルスレーザー装置において、このレーザーの出力光パルス相互のパルス内光波位相のずれを、それぞれの出力光パルスを直接重ね合わせる、あるいは光周波数を波長変換により同一波長にそろえて重ね合わせる、のいずれかの方法で相互のビートをとることにより検出し、検出した信号を誤差信号として共振器長へのフィードバック制御によってパルス内光波位相のずれ方を固定して、このレーザーのパルス内光波位相の同期をとることを特徴とする。
（２）上記（１）記載の光波位相同期レーザー装置において、モード同期パルスレーザーのパルス内光波位相のずれを検出した信号に基づいて共振器長を変化させ、同じレーザー媒質を透過する複数の異なる光周波数をもつパルスレーザーの繰り返し周波数の引き込み動作を行わせるパルスレーザーの時間同期装置を備え、前記パルスレーザーの時間同期装置からのそれぞれのパルスレーザーにおける出力光パルス相互の前記パルス内光波位相のずれを、それぞれの出力光パルスを直接重ね合わせる手段、あるいは光周波数を波長変換により同一波長にそろえて重ね合わせる手段、のいずれか１つの手段により相互のビートをとることにより検出し、前記検出した前記ずれを表す信号を誤差信号として共振器長へのフィードバック制御によってパルス内光波位相のずれ方を固定して、前記パルスレーザー間のパルス内光波位相の同期をとることを特徴とする。
【０００８】
（３）上記（２）記載の光波位相同期レーザー装置において、前記パルスレーザーの時間同期装置を、第１のゲイン帯域を有し一方のレーザー光のみを透過する第１のレーザー媒質と、前記第１のゲイン帯域に含まれない第２のゲイン帯域を有し前記レーザー光を含み複数のレーザー光を透過する第２のレーザー媒質と、前記第１と第２のレーザー媒質をそれぞれ個別に備えた第１および第２の共振器と、それぞれ相互に光周波数の異なる２つのレーザー発振器とを有し、それぞれのレーザー媒質はそれぞれ異なる共振器を含む光学系に設けられ、前記異なる共振器を一方のレーザー媒質中で両レーザー光が重なるように配置し、前記共振器には共振器長を調節する手段を備えてなることを特徴とする。
（４）上記（３）記載の光波位相同期レーザー装置において、前記共振器の一方をチタンサファイアレーザーとし、他方をクロムフォルステライトレーザーとしたことを特徴とする。
【０００９】
（５）上記（３）記載の光波位相同期レーザー装置において、それぞれ相互に光周波数の異なる複数のレーザー発振器を備えた前記パルスレーザーの時間同期装置と、前記複数のレーザー発振器それぞれに対し同じ光周波数となるようにそれぞれの出力から任意次数の高調波を出力する第ｎ次高調波発生装置と、それぞれの前記第ｎ次高調波発生装置の出力の重ね合わせでおこるビート信号を検出する検出器と、前記レーザー発振器の繰り返し周波数を検出する検出器と、前記両検出器の出力に基づき前記複数のレーザー発振器出力光の高調波光相互の光の周波数と位相を、前記両検出器から出力される交流電気信号の周波数と位相に基づいて比較する周波数−位相比較器と、前記周波数−位相比較器の出力を前記パルスレーザーの時間同期装置の前記共振器長を調節する手段へフィードバックするように構成したことを特徴とする。
（６）上記（５）記載の光波位相同期レーザー装置において、前記一方の第ｎ次高調波発生装置の任意次数の高調波をチタンサファイアレーザーパルスの第２高調波とし、前記他方の第ｎ次高調波発生装置の任意次数の高調波をクロムフォルステライトレーザーパルスの第３高調波としたことを特徴とする。
（７）上記（１）又は（２）項記載の光波位相同期レーザー装置であって、一つのレーザー結晶から近接する２波長を受動的にパルスタイミング同期させる装置において、パルス内光波位相を比較してフィードバックを行い高安定にタイミング同期させることを特徴とする。
【００１０】
前記同期手段として、異なる波長を持ちパルスタイミングが受動的に同期するレーザー装置（パルスレーザーの時間同期装置：特願２００１−２１１６３４）を用いることにより本発明はパルス内光波位相の同期をとることができる。
また、複数のパルスレーザーそれぞれの波長を波長変換により同じ波長にそろえてビートを取ることにより光波位相の検出を行い、この信号で共振器にフィードバックを行うことにより光波位相の同期を行う。この時、パルスタイミングはより精度良く制御される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本文中において、「パルス内光波位相」とは、「パルスの包絡線の中心に対する光電場の位相」を意味し、「繰り返し周波数」とは、「光パルスの繰り返しの周波数（本実施例では７６ＭＨｚ）」を意味し、「光周波数」とは、「光電場の周波数（例えば波長８００ｎｍの光であれば３７５ＴＨｚ）」を意味し、「縦モード周波数」とは、「パルス列のスペクトル包絡線の中に含まれる多数の光周波数（レーザーパルスのスペクトル幅、例えば１０ＴＨｚ内に繰り返し周波数毎に縦モードが含まれる）」を意味する。また、「受動的にパルスタイミングが同期している」とは、複数のレーザーパルスのタイミングを同期させる際、能動的な素子を用いる場合に対し受動的な素子のみによってパルスタイミングを同期させるとき安定な動作を行う同期状態を意味する。
【００１２】
（第１実施例）
本発明の光波位相同期レーザー装置は、図１に示すように、フィードバック信号を受けて共振器長を変え、同じレーザー媒質を透過する複数の異なる光周波数のパルスレーザーに引き込みを行わせるように作用する共振器長調節用のピエゾ素子ＰＺＴ１５を備えたパルスレーザーの時間同期装置１０と、第２高調波発生装置１１、第３高調波発生装置１２、ハーフミラー（ＨＭ）１３、スペクトラムアナライザー１４、検出器１６および１７、１／ｎ繰り返し周波数分割器１８、周波数−位相比較器１９を備えたフィードバック回路からなる。
第２高調波発生装置１１と第３高調波発生装置１２は、それぞれ光周波数の異なるパルスレーザーから第２高調波又は第３高調波のみを出力する機能を有し、両装置の出力が同じ光周波数となるように波長変換できればよく、高調波の次数は設計的に設定する。また、１／ｎ繰り返し周波数分割器１８は、両検出器の出力が比較し易くするために、周波数分周機能を有し、必要に応じて設ける。
【００１３】
パルスレーザーの時間同期装置１０は、図２に示す構成を有し、発明者らによって特願２００１−２１１６３４として提案されている。
図２のパルスレーザーの時間同期装置は、二つのレーザー媒質とそれぞれの励起光源、プリズム、鏡等から構成される。一つ目のレーザー媒質であるチタンサファイア結晶（Ｔｉ：Ｓ）４はアルゴンレーザー２又はＮｄドープレーザー（図示しない）の２倍波の緑色光により励起され、ミラー（鏡）（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ８）とアウトプットカプラ（ＯＣ１）、プリズム（Ｐ１、Ｐ２）により共振器が構成されている。この共振器からは例えば中心波長８５０ｎｍ、パルス幅２０ｆｓのパルスが約７５ＭＨｚの繰り返し周波数で発生する。中心波長、パルス幅は可変である。ミラー（Ｍ８）はピエゾ素子に固定されていて外部電圧により共振器長を調整できるようになっている。
【００１４】
二つ目のレーザー媒質であるクロムフォルステライト結晶（Ｃｒ：Ｆ）５はＮｄドープＹＶＯ４レーザー３（波長１０６４ｎｍ）により励起され、ミラー（Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７）とアウトプットカプラ（ＯＣ２）、プリズム（Ｐ３、Ｐ４）、半導体過飽和吸収鏡（ＳＥＳＡＭ）により共振器が構成されている。この共振器からは例えば中心波長１２７５ｎｍ、パルス幅４０ｆｓのパルスが発生する。中心波長、パルス幅は可変である。
クロムフォルステライトレーザーの発振光は自らの共振器内でチタンサファイア結晶（Ｔｉ：Ｓ）４を透過し、その中でチタンサファイアレーザーの発振光と重なり相互作用を起こす。チタンサファイア結晶内ではチタンサファイアレーザーの光周波数とクロムフォルステライトレーザーの光周波数との４光波混合が起こり、二つのパルスは時間同期を起こすように働く。
この時間同期装置が従来の２波長チタンサファイアレーザーと異なる点は、クロムフォルステライトレーザーのレーザー光のエネルギー値がチタンサファイア結晶のゲイン帯域に入らないため、クロムフォルステライトレーザーにとってチタンサファイアレーザーはゲイン媒質ではなくなる、つまり透明物質であるチタンサファイア結晶（Ｔｉ：Ｓ）４で４光波混合が起こり受動的な時間タイミング同期が起こる点である。この方式によると大きく離れた波長のパルス間の同期ができ、ゲインの競合もなくなる。
【００１５】
このパルスレーザーの時間同期装置１０は、例えば波長１２４５ｎｍと波長８３０ｎｍの二つのタイミング同期されたフェムト秒パルスを発生させる。
しかし、この装置１０によってパルスタイミング同期がなされただけでは、図５に示すように、パルス内の光波位相については同期はされておらずパルス毎に任意のスピードで流れている。
ここで、パルス内光波位相とは、パルスの包絡線の中心を時間原点としたときのパルス内の光電場の位相をさす。
【００１６】
例えば図５に示すように、パルスの包絡線のピーク位置の位相は、例えば、基準位置でそれぞれθＣｒＦ、θＴｉＳとしても、次のパルスには、θＣｒＦ＋ΔθＣｒＦ、θＴｉＳ＋ΔθＴｉＳとなる。パルス間隔をＴ秒とすると繰り返し周波数はｆｒｅｐ＝１／Ｔ（Ｈｚ）となる。
図４を例に、周波数領域ではパルス列がどのように表現されるかを説明する。時間領域でパルス幅に相当するのが周波数領域でのスペクトル幅となる。また、パルスの繰り返し周波数がｆｒｅｐである場合、スペクトルの中にはｆｒｅｐ毎の縦モードが存在する。この縦モードを等間隔で０付近まで延長したときに残る周波数成分がオフセット周波数と呼ばれるもので、δと表す。この時、任意の縦モード周波数は、ｆ＝δ＋ｎｆｒｅｐと書ける（ｎは任意の整数）。
【００１７】
パルス内光波位相の流れ方Δφと、オフセット周波数δとの間にはΔφ＝２πδ／ｆｒｅｐという関係が成り立つ。従って、パルス内光波位相の流れ方はオフセット周波数に比例する。
図４に示すように、チタンサファイアレーザーのオフセット周波数をδＴｉＳとすると、チタンサファイアレーザーのパルス列に含まれる任意の縦モード周波数ｆＴｉＳは、ｆＴｉＳ＝δＴｉＳ＋ｍｆｒｅｐ（ただし、ｍは任意整数、ｆｒｅｐは繰り返し周波数）、
上記チタンサファイアレーザーパルスの第二高調波はオフセット周波数が２δＴｉＳであり、第二高調波パルスに含まれる縦モード周波数ｆＴｉＳＳＨは、ｆＴｉＳＳＨ＝２δＴｉＳ＋ｍ’ｆｒｅｐ（ただし、ｍ、ｍ’は任意整数、ｆｒｅｐは繰り返し周波数）となる。
【００１８】
クロムフォルステライトレーザーのオフセット周波数をδＣｒｆとすると、チタンサファイアレーザーのパルス列に含まれる任意の縦モード周波数ｆＣｒｆは、ｆＣｒｆ＝δＣｒｆ＋ｎｆｒｅｐ（ただし、ｍは任意整数、ｆｒｅｐは繰り返し周波数）、
上記クロムフォルステライトレーザーパルスの第三高調波はオフセット周波数が３δＣｒｆであり、第三高調波パルスに含まれる縦モード周波数ｆＣｒｆＴＨは、ｆＣｒｆＴＨ＝３δＣｒｆ＋ｎ’ｆｒｅｐ（ただし、ｎ，ｎ’は任意整数、ｆｒｅｐは繰り返し周波数）となる。
チタンサファイアレーザーパルスの縦モード周波数とクロムフォルステライトレーザーパルスの縦モード周波数とは１００ＴＨｚ（１*１０^１４Ｈｚ)以上も離れているためにこれら二つのパルスを検出器に入力しても縦モード周波数の差は電気信号として取り出すことが出来ない。
【００１９】
一方チタンサファイアレーザーの第二高調波とクロムフォルステライトレーザーの第三高調波は中心の光周波数が一致するためそれぞれの縦モード周波数の差は高々１００ＭＨｚのオーダーとなり両方を検出器に入れることにより差の周波数が電気信号として検出できる。それぞれ一方のみを検出器に入力すると繰り返し周波数のみが検出されるが、上記二つを重ね合わせて同時に検出器に入力すると検出される周波数には繰り返し周波数とそれぞれのオフセット周波数の差が含まれる。それぞれのオフセット周波数の差はΔφ＝２πδ／ｆｒｅｐの関係によりそれぞれのパルス内光波位相の流れ方の差を示す。この電気信号をスペクトラムアナライザーで見たものが図４である。
【００２０】
図３は、本発明の光波位相同期レーザー装置における検出器１６から出力される電気信号のスペクトルを説明する図であり、縦軸はｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（信号強度）、横軸は周波数を表す。
図３において、７６ＭＨｚの最大ピーク値（Ｃ）は繰り返し周波数であり、１９ＭＨｚ付近の信号Ａは図４においてチタンサファイアレーザーの第２高調波のある縦モード周波数とクロムフォルステライトレーザーの第３高調波のある縦モード周波数との差Ａに対応する。５５ＭＨｚ付近の信号Ｂは図４においてチタンサファイアレーザーの第２高調波のある縦モード周波数とクロムフォルステライトレーザーの第３高調波のある縦モード周波数との差Ｂに対応する。Ｄについても同様である。
【００２１】
実施例として、実験では図７に示すように、波長１２４５ｎｍのパルスの第３高調波を第３高調波発生素子１２となる非線形光学結晶（例えばＢＢＯ結晶）を２段使うことにより発生させる。その波長は１２４５ｎｍ／３＝４１５ｎｍとなる。また、８３０ｎｍの波長のパルスの第２高調波を第２高調波発生装置１１となる非線形光学結晶（例えばＢＢＯ結晶）を用いて発生させる。この波長は８３０ｎｍ／２＝４１５ｎｍとなり、同一の波長となる。
また、ビート周波数（オフセット周波数の差）は片方のレーザー共振器の共振器長を変えることにより制御することができる。例えば波長λ＝８３０ｎｍのパルス側の共振器長の変化Δ１に対してビート周波数はｆｂｅａｔ＝４Δ１／λだけずれる。つまり、受動的にパルスタイミング同期がなされている状況において共振器長の微少な変化によりビート周波数がずれることになる。このビート周波数を観測して一定となるように制御することにより、高安定なレーザー同期が実現される。
【００２２】
ビート周波数を理想的には０Ｈｚにロックすると二つのパルス内光波位相は相対的に動かなくなる。
本発明の装置の実験においては、ビート周波数をパルス繰り返し周波数の１／４にロックした。
図１の装置における回路のフィードバック制御の詳細を説明する。
パルスレーザーの時間同期装置１０の出力の繰り返し周波数ｆ１を検出器１７で検出し、このｆ１を１／ｎ周波数分割器１８（ｎはこの場合、２<ｎの整数）で１／ｎに分割（分周）し、周波数−位相比較器１９へ出力する。
ここではｎ＝４として、繰り返し周波数の１／４の周波数を用いた。第３高調波発生装置１２と第２高調波発生装置１１それぞれの出力を時間、空間的に重ね合わせたうえで検出器１６に入射する。
【００２３】
検出器１６により得られたビート信号を電気のアンプ（図示しない）で増幅し、周波数−位相比較器１９を用いて繰り返し周波数の１／４周波数と比較する。ビート周波数と繰り返し周波数の１／４周波数との差を誤差信号としてパルスレーザーの時間同期装置１０の共振器長調節素子となるピエゾ素子ＰＺＴ１５に印加し、共振器長調節を行う。
この制御動作によって図４に示すようにビート周波数は繰り返し周波数の１／４にロックされる。ビート周波数は原理的に任意の周波数にロックできるため、オフセットδＴｉＳ  等をゼロにすることが可能となる。原理的にも、また本発明の装置によれば技術的にもビート周波数を０Ｈｚにロックすることが可能である。
【００２４】
（第２実施例）
以上の実施例は、２つのレーザー結晶からそれぞれ大きく異なる２波長のパルスを発生させる場合であったが、以下に述べる実施例は１つのレーザー結晶で２波長のパルスを発生させる場合について説明する。
図８に示す、一つの結晶で近接する２波長パルスを受動的にタイミング同期させる装置の光波位相関係を検出してフィードバックする装置は、図１の光波位相同期レーザー装置において、パルスレーザーの時間同期装置１０の代わりに、前記従来例において述べたレーザー装置にも用いられている一つの結晶で近接する２波長パルスを受動的にタイミング同期させる装置１０’を用いる。この装置１０’の出力波長が重なる程度に近いので、図１における第２高調波発生装置１１および第３高調波発生装置１２を省略することができる。残りの同じ構成は同じ番号で表す。図８の装置のフィードバック動作を含む全体の動作は図１の装置と同様である。
【００２５】
図８に示す、一つの結晶で近接する２波長パルスを受動的にタイミング同期させる装置においては、図７に示す周波数特性のようにそれぞれ2波長のスペクトルには重なりがあるため、前記装置のようにそれぞれの波長変換をする必要がない。重なり部分を光検出器に入射することによりそれぞれの縦モード周波数の差が検出される。これはそれぞれの光波位相の流れ方の差を取っていることに相当する。この縦モード周波数の差を一定になるようにフィードバックさせることにより高安定動作させることが出来る。
【００２６】
【発明の効果】
受動的にパルスタイミングが同期されているレーザー装置を高安定化することができる。同期状態と非同期状態しかとれなかった従来の装置では長時間動作が必要となる応用では用いることができなかったが、本発明の装置はこれを改善し、同期を長時間とることができるようになる。
また、異なる波長をもつ複数のパルスレーザー発振器のパルス内光波位相を同期することは今まで行われていなかった。しかし、本発明の装置では、レーザー共振器より光波位相が同期された異なる波長のパルスが発振すると従来技術よりも高安定に長時間パルスタイミングを同期することができる。
それらの光電場の位相精度での光波合成が可能となる。時間領域での一例としてはアト秒パルス発生が可能となる。周波数領域では位相同期された複数の異なる波長の光の合成は光周波数の領域で広範囲な周波数の定規を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光波位相同期レーザー装置のブロック構成図である。
【図２】図１の装置に用いるパルスレーザーの時間同期装置の構成図である。
【図３】図１の検出器１６から出力される電気信号のスペクトルを説明する図である。
【図４】図１の検出器１６に入力されるチタンサファイアレーザーの第２高調波パルスとクロムフォルステライトレーザーの第３高調波パルスが含む光周波数と図３で観測される電気信号との対応を説明する図である。
【図５】パルス列におけるパルス内光波位相の流れを説明する図である。
【図６】第ｎ次高調波発生装置における波長変換を説明する図である。
【図７】一つの結晶から近接する２波長パルスを能動的にタイミング同期させる装置から出力した二つのパルスの周波数特性図である。
【図８】一つの結晶から近接する２波長パルスを能動的にタイミング同期させる装置の光波位相関係を検出してフィードバックする装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１０    パルスレーザーの時間同期装置
１０’    一つの結晶で近接する２波長パルスを受動的にタイミング同期させる装置
１１    第２高調波発生装置
１２    第３高調波発生装置
１３    ハーフミラー
１４    スペクトラムアナライザー
１５    ＰＺＴ
１６、１７    検出器
１８    １／ｎ周波数分割器
１９    周波数−位相比較器
【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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