(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長チューナブル・レーザーの光学経路内に配設されており、少なくとも一次および二次の周波数チャープを補償するように設計されているチャープ・プロファイルをもつブラッグ格子を、少なくとも一つは含んでいることを特徴とする光学的手段であって、
前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成する、
周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項２】
波長チューナブル・レーザーの光学経路内に配設されており、少なくとも一次の周波数チャープを補償するように設計されているチャープ・プロファイルをもつブラッグ格子を、少なくとも一つは含んでいる光学的手段を有し、
前記光学的手段は、直列に配設されている複数のチャープ・ブラッグ格子を含み、該ブラッグ格子のそれぞれが、互いに異なる次数の周波数チャープを補償するように設計されていることを特徴とし、
前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成する、
周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項３】
前記光学的手段は、インファイバー・チャープ・ブラッグ格子を少なくとも一つは含んでいる、
請求項１記載の周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項４】
前記光学的手段は、光ファイバー内にオーバーラップされている前記インファイバー・チャープ・ブラッグ格子を複数個含んでおり、該格子のそれぞれが、互いに異なる次数の周波数チャープを補償するように設計されている、
請求項３記載の周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項５】
前記光学的手段は、前記波長チューナブル・レーザーのキャビティー内に配設されている、
請求項１記載の周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項６】
前記光学的手段は、前記波長チューナブル・レーザーのキャビティー外に配設されている、
請求項１記載の周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項７】
少なくとも一次および二次の周波数チャープを補償するとともにパルス信号源を有する電気的手段、該パルス信号を分割する分割手段、該分割手段に接続され互いに並列に配設されて各々がそれぞれの所定の次数の効果を該信号に対して発揮する複数の補償チャンネル、これら補償チャンネルの各出力を一つに合成する合成手段、および該合成手段で合成された出力を前記波長チューナブル・レーザーに駆動入力として入力する入力手段を備えており、
前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴とする、
周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項８】
前記補償チャンネルは、それぞれ、前記パルス信号を積分して線形または非線形の効果を生じる積分手段を有する、
請求項７記載の周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項９】
前記補償チャンネルのうち最初の該チャンネルは、前記パルス信号に線形または一次の効果を及ぼす一つの積分器を有し、該チャンネルに続く各該補償チャンネルは、補償すべき周波数チャープの次数に相当する個数が直列に接続されている複数の積分器を有する、
請求項７記載の周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項１０】
前記積分手段のうち少なくとも一つは、蓄電器に並列に電気接続されている同軸トランスミッション・ラインから構成されている、
請求項９記載の周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項１１】
周波数チャープのうち少なくとも一つの次数を補償するように設計されているチャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラッグ格子を少なくとも一つは有し前記波長チューナブル・レーザーの光路内に配設されている光学的手段をも備えている、
請求項７記載の周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項１２】
前記光学的手段は、非線形チャープ・ブラッグ格子を少なくとも一つは有する、
請求項１１記載の周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項１３】
前記光学的手段は、線形チャープ・ブラッグ格子を少なくとも一つは有する、
請求項１１記載の周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項１４】
少なくとも一次および二次の周波数チャープを補償するように設計されているチャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラッグ格子が、少なくとも一つは波長チューナブル・レーザーの光路内に配設されている光学的手段を用いて、前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴とする、
周波数チャープ制御・補償方法。
【請求項１５】
パルス信号源を提供する信号提供ステップ、
該パルス信号源からのパルス信号を互いに並列に配設されている複数の補償チャンネルに分割して配分する分割ステップ、
該補償チャンネルのそれぞれの中で該パルス信号に所定の次数の効果を与える補償ステップ、
各該補償チャンネルからの出力を合成する合成ステップ、
および該合成ステップで合成された出力を駆動入力として波長チューナブル・レーザーに入力する駆動ステップの各ステップからなり、
周波数チャープを補償することによって前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴とする、
周波数チャープ制御・補償方法。
【請求項１６】
前記所定の次数の効果は、前記補償チャンネルのうち少なくとも一つにおいて前記信号を少なくとも一回は積分することにより生じるものである、
請求項１５記載の周波数チャープ制御・補償方法。
【請求項１７】
周波数チャープのうち少なくとも一つの次数を補償するように設計されているチャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラッグ格子が、少なくとも一つは波長チューナブル・レーザーの光路内に配設されている光学的手段と、
補償信号を生成し、該信号を駆動入力として該波長チューナブル・レーザーに入力して、少なくとも一つの他の次数の該周波数チャープを補償する電気的手段とからなり、
前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴とする、
周波数チャープ制御・補償装置。
【請求項１８】
前記複数のインファイバー・チャープ・ブラッグ格子は、直列に配設されている、
請求項３記載の周波数チャープ制御・補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号に含まれる高次のチャープの非線形性を制御および補償するための装置と方法とに関し、光信号処理の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
帯域幅が限定されたパルスは、所定のスペクトラムにおける最短のパルスであり、そのスペクトラムの全ての成分が時間軸上でオーバラップしている（位相が同じである）ことに特徴がある。帯域幅限定パルスの持続時間Δτは、その周波数スペクトラムの幅Δｖに反比例している（  Δτ∝１／Δｖ  ）。
【０００３】
逆に、帯域幅が限定されていないパルスは、周波数チャープをもつ。帯域幅限定パルスを得るためには、この周波数チャープが補償される必要がある。既存の補償技術は、主としてモードロック・レーザーからのパルスを扱うものである。モードロック・レーザー・システムにおいては、レーザー・キャビティーの中または外に設けられた分散遅延ラインを用いてチャープの制御と補償とを行っている。この用途では、プリズム、回折格子、ギヤス・トールニス(Gires-Tournois)干渉計、または多層ミラーが、レーザー・キャビティーの内部や外部に設けられている。
【０００４】
チャープ補償の一例がフォークらの文献（ Fork et al., Opt. Lett. 12, 483 (1987) ）に報告されている。ここでは、線型および二次の周波数チャープを補償するために、一次の分散が１０００ｆｓ2 程度、二次の分散が１０００ｆｓ3 程度のレーザーの外側に配設された一対の回折格子および四つのプリズムが使われた。
【０００５】
もう一つの例としては、スティングルらの文献（ A.Stingl et al., Opt. Lett. 19, 204 (1994) ）に報告されたものがある。これは、モードロック・Ｔｉ：サファイヤ・レーザーのキャビティーの内側で周波数チャープの補償を行うために、特別に設計された多層ミラーを用いるものである。こうすると、一次のチャープを除去することが可能になる。この際の分散の大きさは、５０ｆｓ2 程度であり、これは、スペクトルの広がりが６０ｎｍを越える（持続時間）１４ｆｓ未満の帯域幅限定パルスを実現するのに十分である。
【０００６】
これらの技術の本質的な成果は、最短の光パルスの生成であった。同光パルスは、６〜１０ｆｓの長さであり、光の（波動の）ほんの２〜３周期分の長さにしか過ぎない。
ガルバナスカスらの三つの文献（ Galvanauskas et al., El. Lett. 27, 2394(1991) / Galvanauskas et al., Appl. Phys. Lett. 63, 1742(1993) / Galvanauskas et al., Opt. Lett. 19, 1043 (1994)）に、小型チューナブル・レーザーの最近の発達により、新しい短パルス生成技術の発達が促された旨、記載されている。ここで、小型チューナブル・レーザーとは、例えば、三セクション分散ブラッグ反射、三セクション分散フィードバック、チューナブル・ツイン・ガイド（導波路の一種）、垂直カップラー、カップルド・キャビティー・レーザー・ダイオード、その他を指す。この技術（新しい短パルス生成技術）は、チューナブル・レーザーの放射波長の高速チューニングを、広い帯域幅のパルスを得るために使用している。この広帯域幅パルスは、超短持続時間に圧縮変換されるべきものである。この技術を用いているシステムは、ロバスト性、小型、高信頼性などの特性をもち、任意のパルス反復率で高パルスエネルギーを発揮できる上に、比較的安価である。それゆえ、このシステムは利点が大きく、在来のモードロック・レーザーにとって代わるものと目されている。
【０００７】
これまでに実演されている連続チューニングの帯域幅は、１０ｎｍ程度である。しかし、チューニング・レンジの可能性としては、レーザー媒体のゲイン帯域と同程度の広さまでのレンジが得られるはずであり、１００ｎｍを越える可能性もある。このレンジは、帯域幅が限定された１００ｆｓ未満の持続時間と対応している。
【０００８】
上記の広いチューニング・レンジの可能性は、未だ十分には実用化されていない。これは、チューナブル・レーザーから得られるパルスのチャープ非線形性が高いせいであり、在来の技術ではこのようなチャープを補償することができなかったのである。ガルバナスカスらの文献（ Galvanauskas et al., Opt. Lett. 19, 1043 (1994)前出）には、実験的に次のことが提示されている。すなわち、三セクションＤＢＲレーザー・ダイオードおよび一対の回折格子を使用して、ほんの１〜２ｎｍの帯域幅のパルスしか、帯域幅の制限（２ｐｓ程度のパルス持続時間）内に圧縮し切ることができない。非線形圧縮器を付加すれば、上記パルスはさらに短くされて２３０ｆｓまで縮まるが、パルスの質は劣化し、裾が広い台形状になり、衛星のようなパルスが現れてしまう。
【０００９】
（高速チューニング技術とチャープ非線形性）
高速チューニング技術によれば、図１に示すように、チャープ・パルスはチューナブル・レーザーから直接生成され、レーザー・キャビティーの外で圧縮される。一般に、連続チューナブル・レーザーには、ゲイン・エレメント、放射周波数をシフトさせるフェーズ・モデュレーター、およびキャビティー内で長手方向の単一モードのみを通すチューナブル狭帯域フィルターが含まれている。
【００１０】
高速チューニングを達成するためには、レーザー・キャビティーは十分に短くあるべきであり、フェーズ・モデュレーターおよびチューナブル・フィルターの速度は十分に高くあるべきである。分散遅延ライン（例えば回折格子や標準光ファイバ）による圧縮を容易にするために、チャープ持続時間が１ｎｓ程度にすることもできる。この程度の速度であれば、電気適な手段（ Galvanauskas et al., Appl. Phys. Lett. 63, 1742(1993)参照）で達成することができる。
【００１１】
三セクション・チューナブル・レーザー・ダイオードの一例を、図２に示す。図３〜図７に示すようなチューナブル構造も実現可能である。これらは、互いに三つの基本コンポーネントの組み合わせ方が異なっている。今のところ、高速波長チューニングができる構造は、全て半導体レーザー・ダイオードである。波長チューニングは、キャリヤ・コンセントレーションの変化または電気光学効果の利用により、半導体材料の屈折率を変更して行われている。
【００１２】
原則として、他の型式のチューナブルな小型レーザー構造もまた、集積電気光学技術、キャリヤ注入技術、または他の電気的に制御された変調器（モデュレータ）および濾波器（フィルタ）を使用して開発することが可能である。同小型レーザー構造としては、例えば、短キャビティー・ファイバー・レーザー、導波路（ウェーブガイド）レーザー、および小型ソリッドステート・レーザーなどがある。
【００１３】
チャープの非線形性を定義すると便利である。チャープ・パルスの瞬間の周波数は、次のべき級数に展開される。
【００１４】
【数１】
ω（ｔ）＝ω0 ＋ω1 ｔ＋ω2 ｔ2 ＋ω3 ｔ3 ＋・・・
ここで、ω0 は当該パルスの中心周波数であり、帯域幅の限定されたパルスでは、ω（ｔ）＝ω0 となるはずである。その他の各項は、一次、二次および高次の周波数チャープにそれぞれ対応しており、帯域幅の限定されたパルスでは存在しないはずである。
【００１５】
高速チューニングにより生成されたチャープ・パルスが、数１の展開式において線形項  ω1 ｔ  のみをもつ場合には、どの線形分散遅延ラインを用いても容易に帯域幅の限定されたパルスが得られる。しかしながら、チューナブル・レーザーのキャビティーの内部の幾つものプロセスを経るうちに、高次のチャープ項が加わり、通常、普通の手段では補償できないまでに高次の項が大きくなってしまう。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主たる目的は、高速チューニングされたレーザーの非線形周波数チャープを補償する新技術（装置および方法）を提示することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
（装置発明）
本発明の第１構成は、波長チューナブル・レーザーの光学経路内に配設されており、少なくとも一次および二次の周波数チャープを補償するように設計されているチャープ・プロファイルをもつブラッグ格子を、少なくとも一つは含んでいることを特徴とする光学的手段であって、前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成する周波数チャープ制御・補償装置である。
【００１８】
本発明の第２構成は、波長チューナブル・レーザーの光学経路内に配設されており、少なくとも一次の周波数チャープを補償するように設計されているチャープ・プロファイルをもつブラッグ格子を、少なくとも一つは含んでいる光学的手段を有し、前記光学的手段は、直列に配設されている複数のチャープ・ブラッグ格子を含み、該ブラッグ格子のそれぞれが、互いに異なる次数の周波数チャープを補償するように設計されていることを特徴とし、前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成する。
本発明の第３構成は、上記第１構成において、前記光学的手段は、インファイバー・チャープ・ブラッグ格子を少なくとも一つは含んでいることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第４構成は、上記第３構成において、前記光学的手段は、光ファイバー内にオーバーラップされている前記インファイバー・チャープ・ブラッグ格子を複数個含んでおり、該格子のそれぞれが、互いに異なる次数の周波数チャープを補償するように設計されていることを特徴とする。
本発明の第５構成は、上記第１構成において、前記光学的手段は、前記波長チューナブル・レーザーのキャビティー内に配設されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第６構成は、上記第１構成において、前記光学的手段は、前記波長チューナブル・レーザーのキャビティー外に配設されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の第７構成は、少なくとも一次および二次の周波数チャープを補償するとともにパルス信号源を有する電気的手段、該パルス信号を分割する分割手段、該分割手段に接続され互いに並列に配設されて各々がそれぞれの所定の次数の効果を該信号に対して発揮する複数の補償チャンネル、これら補償チャンネルの各出力を一つに合成する合成手段、および該合成手段で合成された出力を前記波長チューナブル・レーザーに駆動入力として入力する入力手段を備えており、前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴とする周波数チャープ制御・補償装置である。
【００２３】
本発明の第８構成は、上記第７構成において、前記補償チャンネルは、それぞれ、前記パルス信号を積分して線形または非線形の効果を生じる積分手段を有することを特徴とする。
本発明の第９構成は、上記第７構成において、前記補償チャンネルのうち最初の該チャンネルは、前記パルス信号に線形または一次の効果を及ぼす一つの積分器を有し、該チャンネルに続く各該補償チャンネルは、補償すべき周波数チャープの次数に相当する個数が直列に接続されている複数の積分器を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の第１０構成は、上記第９構成において、前記積分手段のうち少なくとも一つは、蓄電器に並列に電気接続されている同軸トランスミッション・ラインから構成されていることを特徴とする。
本発明の第１１構成は、上記第７構成において、周波数チャープのうち少なくとも一つの次数を補償するように設計されているチャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラッグ格子を少なくとも一つは有し前記波長チューナブル・レーザーの光路内に配設されている光学的手段をも備えていることを特徴とする。
【００２５】
本発明の第１２構成は、上記第１１構成において、前記光学的手段は、非線形チャープ・ブラッグ格子を少なくとも一つは有することを特徴とする。
本発明の第１３構成は、上記第１１構成において、前記光学的手段は、線形チャープ・ブラッグ格子を少なくとも一つは有することを特徴とする。
（方法発明）
【００２６】
本発明の第１４構成は、少なくとも一次および二次の周波数チャープを補償するように設計されているチャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラッグ格子が、少なくとも一つは波長チューナブル・レーザーの光路内に配設されている光学的手段を用いて、前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴とする周波数チャープ制御・補償方法である。
【００２８】
本発明の第１５構成は、パルス信号源を提供する信号提供ステップ、該パルス信号源からのパルス信号を互いに並列に配設されている複数の補償チャンネルに分割して配分する分割ステップ、該補償チャンネルのそれぞれの中で該パルス信号に所定の次数の効果を与える補償ステップ、各該補償チャンネルからの出力を合成する合成ステップ、および該合成ステップで合成された出力を駆動入力として波長チューナブル・レーザーに入力する駆動ステップの各ステップからなり、周波数チャープを補償することによって前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴とする周波数チャープ制御・補償方法である。
【００２９】
本発明の第１６構成は、上記第１５構成において、前記所定の次数の効果は、前記補償チャンネルのうち少なくとも一つにおいて前記信号を少なくとも一回は積分することにより生じるものであることを特徴とする。
【００３１】
（再び装置発明）
本発明の第１７構成は、周波数チャープのうち少なくとも一つの次数を補償するように設計されているチャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラッグ格子が、少なくとも一つは波長チューナブル・レーザーの光路内に配設されている光学的手段と、補償信号を生成し、該信号を駆動入力として該波長チューナブル・レーザーに入力して、少なくとも一つの他の次数の該周波数チャープを補償する電気的手段とからなり、前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴とする周波数チャープ制御・補償装置である。
【００３２】
本発明の第１８構成は、上記第３構成において、前記複数のインファイバー・チャープ・ブラッグ格子は、直列に配設されていることを特徴とする。
【００３３】
【作用および発明の効果】
本発明の周波数チャープ制御・補償装置および制御・補償方法は、上記の手段を有するので、高速チューニングされたレーザーの非線形周波数チャープを補償する新技術を提供することができる。
すなわち、本発明においては、周波数チャープの制御および補償は、非線形周波数チューニング、およびまたは、特別に設計された非線形分散要素をレーザー・キャビティーの内または外に設けることによりなされている。したがって、本発明によれば、チャープを制御することと高次のチャープ非線形性を補償することとによって、高速チューニングされたレーザーの非線形周波数チャープを補償することができるという効果がある。
【００３４】
また、本発明によれは、以前よりずっと持続時間が短いパルス列の生成を可能にすることも可能になるという効果もある。
さらに、本発明によれば、チューナブル・レーザーの全チューニング・レンジを包含するスペクトルをもつ、帯域幅の限定されたパルス列を生成することが可能になるという効果もある。
【００３５】
【発明の実施の形態および実施例】
本発明の周波数チャープ制御・補償装置および制御・補償方法の実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の実施例等で明確かつ充分に説明する。
本発明の一実施例としての周波数チャープ制御・補償装置は、図８に示すように、制御装置１２、チューナブル・レーザー１０、およびレーザー・キャビティーの内または外に設けられている分散コンポーネントであるチャープ補償構造１１からなる。ここで、チューナブル・レーザー１０は、狭帯域反射フィルター１、位相変調器（フェーズ・モデュレーター）２、およびレーザー利得媒体３を含んでいる。一方、チャープ補償構造１１は、非線形分散コンポーネント４および線形分散圧縮器５を有する。
【００３６】
ガルバナスカスらの二つの文献（ Galvanauskas et al., El. Lett. 27, 2394(1991) / Galvanauskas et al., Appl. Phys. Lett. 63, 1742(1993)）では、立ち上がり時間がサブナノ秒であるナノ秒の電気パルスを用いて、高速チューニングが実証されている。非線形周波数パルスを制御するためは、さらに複雑な電気チューニングが成される必要がある。電気的にチューニングされたデバイスでは、チューニング電圧は次の形式をとるはずである。
【００３７】
【数２】
Ｖ（ｔ）＝ａ0 ＋ａ1 ｔ＋ａ2 ｔ2 ＋ａ3 ｔ3 ＋・・・
したがって、数２の各項の大きさを適切に選択することにより、チャープの展開式（数１）中の非線形項は補償されうる。
【００３８】
チャープ非線形性を制御するために必要な数２で表現される波形は、特別に設計されたパルス成形技術により得られる。それには、先ず、非常に立ち上がりが速く持続時間が長いステップ状の電気パルスを生成する。例えば、立ち上がり時間が３００〜６００ｐｓで、持続時間が２〜３ｎｓのパルスである。次に、広帯域電気積分器等を用いて電気波形を成形する。積分器を直列に接続することにより、数２の展開式中の希望のいずれの項についてもその成分が得られる。たとえば、ステップ状のパルスを積分することによって、線形に増加する成分が得られる。また、この線形増加成分を（もう一度）積分することにより、二次の増加成分が得られる。三次以上の成分についても同様である。
【００３９】
広帯域積分器は、図９に示すように、同軸トランスミッション・ライン４２に平行に接続された蓄電器（キャパシター）４１をもつ回路である。（持続時間）０．５〜２ｎｓのパルスの成形には、蓄電器４１の電気容量の範囲は、約１〜２０ｐｆが適正である。このような積分器により実験的に得られた二次の波形および三次の波形は、それぞれ図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、理論的に計算された値と良く一致している。
【００４０】
本発明に一致している実際の波形形成器の一例を、図１１に示す。急激に立ち上がるナノ秒の電気パルス列は、パルス発生器により生成され、多数のチャンネル２２〜２５に配分される。チャンネル２２〜２５の数は、要求される補償次数と一致している。チャンネル２３〜２５のそれぞれが、直列に接続された積分器２６〜３１を有しており、これらの積分器２６〜３１の数によって、各チャンネル２３〜２５が何次の補償に充てられるかが決まっている。最終的な波形は、各アンプＡを経て適切に増幅された各チャンネルの各波形の全てが、一つに足し合わされた後に形成される。（最終的に得られた波形の）この信号は、レーザー光源の駆動信号として使用される。波形は、標準的なＲＦパワー・スプリッター２０およびコンバイナー２１により、分割および合成される。各アンプＡにより各チャンネルでの電気信号の大きさを制御することによって、チャープ非線形性の各々の大きさを制御することが可能である。
【００４１】
電気的にチャープ補償を行う上記技術は、実験的に効果が確認されている。すなわち、４ｎｍの波長帯域をもつ周波数チャープ・パルス列が、三セクションＤＢＲレーザー・ダイオード（図２参照）により生成された。（一次の）線形チャープは一対の回折格子で補償され、残った（高次の）チャープは、スペクトル計およびストリーク・カメラで計測された。
【００４２】
その結果、チャープ非線形性の電気的な制御がなされなかった場合には、残留している二次のチャープを補償するのに１０12ｆｓ3 程度の分散が必要であると推定された。このケースでは、高次のチャープ成分も補償されなくてはならない。
一方、図１１に示す回路構造により適正な電気波形が生成された場合には、三次以上の高次チャープ成分は計測分解能以下に減少しており、二次チャープ成分の大きさは百分の一程度に低減されていた。このチャープを補償するために必要とされる二次分散の大きさは、１０10ｆｓ3 程度であると推定されており、この程度の分散であれば標準的な装置で賄うことができる。
【００４３】
上記の方法以外にも、ピコ秒からナノ秒の任意の波形の電気信号を生成する技術はある。たとえば、（ピコ秒の）短いパルス列を生成することができ、各パルスの大きさを制御して希望の波形の所定形状を形成することが可能である。そして、このパルス列をフィルターに通すことにより、連続した波形が得られる。
光チャープの補償には、周波数チャープ非線形性を補償する光学分散コンポーネントが用いられる。同コンポーネントは、レーザー・キャビティーの外側で用いられるばかりでなく、内側で用いられることもある。光学的な手段は、残留したチャープを厳密に除去する目的で電気的な制御手段に付け加えられること（前者）もあるし、主要な補償コンポーネントとして使用される場合（後者）もある。
【００４４】
電気制御に付加されている（前者の）場合には、補償の大きさと補償次数への要求は緩和されるので、（上記コンポーネントとして）回折格子、プリズム、干渉計または多層ミラーなどを使用することができる。
一方、後者の場合には、分散光学コンポーネントは、主要な補償コンポーネントとして使用されているので、制御可能な大きい非線形性分散をもつ新しい分散コンポーネントが必要になる。これは、たとえば、ブラッグ格子を用いて実現することができる。線形チャープを補償するには、線形チャープを施されたインファイバー・ブラッグ格子を使用することができ、これについてはオーレットの文献（ Ouellette, Opt. Lett. 12, 847 (1987) ）で論じられている。
【００４５】
本発明では、非線形の周波数チャープを補償するために、非線形にチャープが施されているブラッグ格子が使用されている。ブラッグ格子の二次のチャープ形状は二次の周波数チャープの補償に有効であり、同三次形状は同三次チャープの補償に有効であって、以下同様である。光ファイバー内に直列またはオーバーラップしてこのような格子を組み合わせることにより、いかなる非線形チャープをも補償することができる分散構造を、設計製作することができる。高速チューニングされたレーザーからの非線形チャープ・パルスの補償には、ファイバー格子によって形成される分散をもって対処することが十分に可能である。
【００４６】
上記格子の分散の大きさは、格子の長さおよび反射帯域幅によって定まる。現存の技術では、長さが１ｃｍ程度で帯域幅が１０〜２０ｎｍ程度の格子が、カシヤップらの文献（ Kashyap et al., Electr. Lett 30, 996 (1994)）に報告されている。これらの格子は、１０〜２０ｎｍまでの帯域幅をもつ１００ｐｓ程度までの（持続時間の）線形チャープから生じる周波数分散を、十分に補償することができる。たとえば、二次の分散は約１０11〜１０12ｆｓ3 になるであろう。
【００４７】
図１２および図１３には、反射された光パルスの周波数νのチャープに対する線形にチャープされたブラッグ格子の効果と、非線形にチャープされたブラッグ格子の効果とが、それぞれ図示されている。チャープ・ブラッグ格子に入射した光パルスの波長の異なる成分は、同格子の長手（奥行き）方向の異なる位置で反射される。
【００４８】
波長λのスペクトル成分に対して同格子により与えられる遅延時間は、Δτ＝２ΔＬ／ｖg である。ここで、ｖg は格子構造内の光の群速度であり、ΔＬは格子の始点から当該スペクトル成分が反射される位置までの距離である。波長λのスペクトル成分は、ブラッグ条件λB ＝２ｎΛ（ｘ）により定まる位置で反射されることになる。ここで、ｎは屈折率であり、Λ（ｘ）は格子内の位置によって決まる格子周期である。
【００４９】
したがって、このような格子によって広帯域の光パルスに誘導される周波数チャープは、Λ（ｘ）の関数関係に従う。線形にチャープされた格子は線形にチャープした光パルスを生じ、二次にチャープされた格子は二次のチャープを生じ、以下同様である。実例を挙げれば、発明者らは、線形チャープ格子および非線形チャープ格子の分散特性の数値計算を行った。その結果、波長１．５μｍで１５ｎｍの帯域幅をもちΛaver＝０．２４７μｍである長さ２．４７ｍｍの格子において、線形格子は０．７ｐｓ2 の線形分散を生じ、二次の（非線形）格子は１０8 ｆｓ3 程度の二次の群速度分散を示した。
【００５０】
このようなチャープ・ブラッグ格子は、光ファイバー以外の媒体に組み込むことも可能である。たとえば、導波路やバルク・ブラッグ格子などに組み込んでもよい。チャープが施されていない導波路内ブラッグ格子は、現在では、チューナブル・レーザー・ダイオード内で狭帯域光フィルターとして広く使われている。（たとえば、三セクションＤＢＲやｎＤＦＢレーザー・ダイオードなどに使用されている。）このような反射器に、二次および高次の項をもつ空間的に非線形なチャープを導入することにより、非線形チャープのキャビティー内補償が可能になる。
【００５１】
バルク・ブラッグ格子は、音響光学変調を用いて実現できる。同音響光学変調は、ＲＦ電気波形により、音響光学クリスタル内での屈折率の周期的な変動が励起されて起こる。ＲＦ波形のチャープを制御することにより、音波の進行方向に沿って伝搬する光の波動に対し、適正にチャープされたブラッグ反射器を形成することができる。このようなチャープ補償方法の利点は、ＲＦ波形のチャープを調整することにより、チャープ非線形性の大きさを制御できることである。
【００５２】
なお、本発明は、以上の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨や思想を逸脱しない範囲でのあらゆる変更および変形を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  高速波長チューニングによる超短パルス列の生成を示す模式図
【図２】  高速波長チューニング用レーザー構造の断面図
【図３】  高速波長チューニング用レーザー構造の断面図
【図４】  高速波長チューニング用レーザー構造の断面図
【図５】  高速波長チューニング用レーザー構造の断面図
【図６】  高速波長チューニング用レーザー構造の断面図
【図７】  高速波長チューニング用レーザー構造の断面図
【図８】  本発明の一実施例の周波数チャープ制御・補償装置の模式図
【図９】  広帯域電気インテグレーターの模式図
【図１０】合成された電気波形を例示する組図
（ａ）二次の電気波形のグラフ
（ｂ）三次の電気波形のグラフ
【図１１】任意の波形の電気波形を合成する回路のブロック線図
【図１２】線形チャープ・ブラッグ格子が
反射パルスのチャープに及ぼす影響を示す模式図
【図１３】非線形チャープ・ブラッグ格子が
反射パルスのチャープに及ぼす影響を示す模式図
【符号の説明】
１０：チューナブル・レーザー
１：狭帯域反射フィルター  ２：位相変調器（フェーズ・モデュレーター）
３：レーザー利得媒体
１１：チャープ補償構造（分散コンポーネント）
４：非線形分散コンポーネント    ５：線形分散圧縮器
１２：制御装置
４１：蓄電器（キャパシター）    ４２：同軸トランスミッション・ライン
２２〜２５：チャンネル    ２６〜３１：積分器
２０：ＲＦパワー・スプリッター    ２１：コンバイナー
Ａ：アンプ    Ｉ：積分器
【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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【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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