"短い光パルスを生成するレーザシステムであって、前記光パルスは、約1700nmよりも大きい第1の平均発振波長、および第1のスペクトル範囲を含み、前記平均発振波長および前記スペクトル範囲は、前記第1の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有するスペクトル窓を定義する、レーザシステムと、結晶性物質をベースとする疑似位相整合回折格子を含む非線形結晶と、前記光源を前記非線形結晶に光学的に結合する光学サブシステムであって、前記非線形結晶は、周波数シフトされた出力パルスを生成し、前記周波数シフトされたパルスは、第2の、周波数シフトされた、平均発振波長を含む、光学サブシステムと、を含み、前記周波数シフトされた出力は、前記第2の平均発振波長またはその前後に中心があり、前記バンド幅、Δλ、を有する第2の、波長シフトされた、スペクトル窓内にかなりのエネルギーの割合を含み、前記スペクトル窓および前記シフトされたスペクトル窓は実質的にスペクトルの重なりを有しない、赤外光源。前記非線形結晶が少なくとも1本の導波路を含む、請求項1に記載の赤外光源。前記かなりのエネルギーの割合が、約0.5よりも大きい、請求項1に記載の赤外光源。前記かなりのエネルギーの割合が、約5よりも大きい、請求項1に記載の赤外光源。前記レーザシステムが、Tm、Ho、Tm/HoまたはYb/Tmファイバレーザを含む、請求項1に記載の赤外光源。前記レーザシステムが固体レーザを含む、請求項1に記載の赤外光源。前記レーザシステムがモードロックレーザを含む、請求項1に記載の赤外光源。前記非線形結晶が、周期的分極反転ニオブ酸リチウム、周期的分極反転KTP、周期的分極反転水晶、周期的分極反転RTA、周期的分極反転タンタル酸リチウム、周期的分極反転ニオブ酸カリウムならびに/あるいは配向パターン化GaAsおよびGaP、を含む群から選択される、請求項1に記載の赤外光源。前記周波数シフトされた出力は周波数上方変換される、請求項1に記載の赤外光源。前記周波数シフトされた出力は周波数下方変換される、請求項1に記載の赤外光源。スペクトル周波数シフト用に構成された第2の非線形結晶をさらに含み、前記第2の非線形結晶は前記光源の下流側に配される、請求項1に記載の赤外光源。前記光源から下流側に配される第2の非線形結晶をさらに含み、前記第2の非線形結晶は、前記レーザ光源の出力の一部と前記周波数シフトされた出力との差周波発生用に構成される、請求項1に記載の赤外光源。前記光源が、波長調整可能出力を生成するように構成され、前記波長調整は、前記レーザ光源の前記平均発振波長を変化させるための前記非線形結晶の側方平行移動および/または前記非線形結晶の加熱によって実行される、請求項1に記載の赤外光源。前記周波数シフトされた出力が平均パワー>100mWを有する、請求項1に記載の赤外光源。前記短い光パルスが、約10fsから100psのレンジ内のパルス幅を有するパルスを少なくとも1つ含む、請求項1に記載の赤外光源。前記短い光パルスが、約10fsから1psのレンジ内のパルス幅を有するパルスを少なくとも1つ含む、請求項1に記載の赤外光源。前記スペクトル窓が、スペクトル幅、Δλ、を有する矩形窓関数である、請求項1に記載の赤外光源。前記光学サブシステムが、実質的に全ファイバ型の構成要素を含む、請求項1に記載の赤外光源。それぞれの第1および第2の光周波数を有する第1Erおよび第2Tmの出力を発生するErファイバ利得媒質およびTmファイバ利得媒質を組み合わせて含むファイバベースのレーザシステムと、前記第1および第2の光周波数を有する前記第1および第2の出力を受光し、それらの差周波数を含むDFG出力を発生する差周波発生器DFGと、を含む赤外光源。前記第1Erまたは第2Tmの出力の一方の一部分を周波数シフトし、それぞれ、下方シフトまたは上方シフトのいずれかをなされた出力部分を提供し、Tmファイバ増幅器またはErファイバ増幅器のいずれかに種を与える周波数シフタを含む、請求項19に記載の赤外光源。前記周波数シフタが光ファイバを含む、請求項20に記載の赤外光源。前記ファイバベースのシステムがErファイバ増幅器を含み、前記Er利得媒質が前記Erファイバ増幅器の一部分を含む、請求項19に記載の赤外光源。前記ファイバベースのシステムがErファイバ発振器を含み、前記Er利得媒質が前記Erファイバ発振器の一部分を含む、請求項19に記載の赤外光源。前記ファイバベースのシステムがErファイバレーザ/増幅器の組み合わせを含み、前記Erファイバ利得媒質が前記Erファイバレーザ/増幅器の組み合わせの一部分を含む、請求項19に記載の赤外光源。前記ファイバベースのシステムがTmファイバ増幅器を含み、前記Tm利得媒質が前記Tmファイバ増幅器の一部分を含む、請求項19に記載の赤外光源。前記ファイバベースのシステムがTmファイバ発振器を含み、前記Tm利得媒質が前記Tmファイバ発振器の一部分を含む、請求項19に記載の赤外光源。前記ファイバベースのシステムがTmファイバレーザ/増幅器の組み合わせを含み、前記Tmファイバ利得媒質が前記Tmファイバレーザ/増幅器の組み合わせの一部分を含む、請求項19に記載の赤外光源。前記光源から下流側に配される第2の非線形結晶をさらに含み、前記第2の非線形結晶は、前記周波数シフトされた出力の光パラメトリック増幅用に構成される、請求項1に記載の赤外光源。前記光パラメトリック増幅が、前記レーザ光源の前記出力と前記周波数シフトされた出力との差周波数における追加の出力を発生する、請求項28に記載の赤外光源。短い光パルスを生成するレーザシステムであって、前記光パルスは、約1700nmよりも大きい第1の平均発振波長、および第1のスペクトル範囲を含み、前記平均発振波長および前記スペクトル範囲は、前記第1の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有するスペクトル窓を定義する、レーザシステムと、結晶性物質をベースとする疑似位相整合回折格子を含む第1の非線形結晶であって、前記第1の非線形結晶は、周波数シフトされた出力パルスを生成し、前記周波数シフトされたパルスは、第2の、周波数シフトされた、平均発振波長を含む、第1の非線形結晶と、前記第1の結晶から下流側に配される第2の非線形結晶であって、前記第2の非線形結晶は、前記レーザ光源の出力の一部と、前記第1の非線形結晶を用いて生成された前記周波数シフトされた出力との差周波における出力の発生用に構成される、第2の非線形結晶と、前記光源、前記第1の非線形結晶、および第2の非線形結晶を光学的に結合する光学サブシステムと、を含み、前記周波数シフトされた出力は、前記第2の平均発振波長またはその前後に中心があり、前記バンド幅、Δλ、を有する第2の、波長シフトされた、スペクトル窓内にかなりのエネルギーの割合を含み、前記スペクトル窓および前記シフトされたスペクトル窓は実質的にスペクトルの重なりを有しない、赤外光源。前記第2の非線形結晶が、前記周波数シフトされた出力の光パラメトリック増幅用に構成され、前記差周波発生が光パラメトリック増幅を含む、請求項30に記載の赤外光源。前記第2の非線形結晶がOPGaAsまたはOPGaPから構築される、請求項30に記載の赤外光源。前記第2の非線形結晶が、5μm~20μmの波長レンジ内の出力を発生する、請求項30に記載の赤外光源。非線形結晶または導波路と連結した超高速レーザ光源を含む小型レーザシステムが開示される。2000nm付近で動作する受動モードロックTmファイバレーザをベースとする超高速レーザ光源が特に魅力的である。実施形態によっては、Tmファイバ発振器が、それらのパルスエネルギーを増加させるために、Tmファイバ増幅器と組み合わせられる。この場合、クラッドポンプの実装によって、平均Tmファイバ増幅器出力レベルが数十Wから数百Wのレンジに達することも可能になる。シリコン導波路、周期的分極反転ニオブ酸リチウムperiodicallypoledlithiumniobate、PPLN、光学的パターン化GaAs、opticallypatternedGaAs、OPGaAsおよび光学的パターン化GaPopticallypatternedGaP、OPGaPならびに周期的分極反転KTP、RTA、リチウムタンタライト、ニオブ酸カリウムおよび周期的双晶水晶等の、非線形結晶または導波路を用いた追加の周波数シフトを介して、超高速レーザ光源の中赤外域への周波数変換が促進される。非周期的分極反転周期および分散を作り込まれた導波路が、中赤外スペクトル領域におけるTmファイバ発振器の高効率周波数シフトを提供する。非線形結晶または導波路における差周波混合と関連して、中赤外域から遠赤外域の全スペクトル領域におけるスペクトル生成域を得ることができる。差周波発生は、2000nm付近で動作するファイバレーザ光源をEr増幅器と組み合わせることによって向上させることができ、1550nmおよび2000nmの両方のスペクトル領域における高出力パルスの発生が可能になる。中赤外光源は、光計量、LIDAR、分光測定、ならびにヒト組織の治療等の医療的用途に用いることができる。本願明細書において特に明記しない限り、スペクトル範囲とは、例えば図3に示されているように、光源のスペクトル密度がピークスペクトル密度の10となる点の間の、波長で測定される差のことである。光ファイバまたは非線形導波路をベースとする中赤外光発生が、例えば、Modular,highenergy,widely-tunableultrafastfibersourceと題し、2000年5月23日に出願された、Fermann、他への米国特許第6,885,683号に示唆されている。同文献はその全体が本願明細書において参照により援用されている。例えば、ラマンシフトおよびTm増幅器が、少なくとも‘683号特許の図6および対応する本文に開示されている。中赤外周波数発生は、Opticalparametricamplification,opticalparametricgeneration,andopticalpumpinginopticalfiberssystemsと題し、2005年3月25日に出願された、Imeshev、他への米国特許第8,040,929号、Opticalscanningandimagingsystemsbasedondualpulselasersystemsと題し、2009年3月6日に出願された、Ferrnann、他への米国特許出願第12/399,435号、およびLaserbasedfrequencystandardsandtheirapplicationsと題し、2006年10月13日に出願された、Hartl、他への米国特許出願第11/546,998号にも説明されている。8,040,929号、12/399,435号、11/546,998号出願の内容はその全体が本願明細書において参照により援用されている。小型広帯域中赤外光源の概要が、Islam、他への米国特許第7,519,253号にさらに見いだされることができる。一般的に、中赤外光源は、近赤外光源をポンプまたは種として用いる波長変換によって構築することができる。Imeshev、他への8,040,929号に説明されているように、非線形ファイバの内部におけるラマンシフトが、近赤外光源の出力を中赤外領域に変換する特に簡単な方法である。光ファイバ内のラマンシフトは十分に確立されているが、ラマンシフトと同様の波長変換プロセスが、K.Beckwitt、他、Frequencyshiftingwithlocalnonlinearitymanagementinnonuniformlypoledquadraticnonlinearmaterials、Opt.Lett.、29、763頁2004における周期的分極反転LiNbO3等の、疑似位相整合物質においても示唆されている。しかし、少なくとも5psの幅を有するパルスが用いられない限り、周波数下方シフトは実現可能でないと考えられていた。F.Baronio、他、SpectralShiftoffemtosecondpulsesinnonlinearquadraticPPSLTcrystals、Opt.Express、14、4774頁2006に記載されているように、疑似位相整合非線形結晶における周波数シフトの実験的実証では、1650nmの波長を超える周波数シフトは得られなかった。さらに、Baronio、他による研究では、小型レーザアーキテクチャから得ることは非常に難しい数百nJ程度の非常に高いパルスエネルギーが必要であった。フェムト秒パルス等の非常に短いパルスを含むファイバベースの中赤外光源、またはモードロックファイバレーザを用いて得られる中赤外光源が、中および/または遠赤外スペクトル領域用小型高輝度光源の実施形態には特に有用である。フェムト秒パルスは中赤外線発生において多くの利点を有する。例えば、スーパーコンティニウム発生と関連して、フェムト秒パルスはpsまたはnsパルスに比べてより高効率の周波数変換を可能とする。なぜなら、同じパルスエネルギーに対して、フェムト秒パルスのピークパワーは、psまたはnsパルスに比べてはるかに高いからである。したがって、中赤外周波数発生を高いパルス繰り返し率で実施することができる。パルス繰り返し率が高いと、このような光源の平均パワーまたはスペクトル密度を最大化することもできる。モードロック発振器を用いて発生されるフェムト秒パルスの有用性のもう1つの例は、このようなフェムト秒パルスを高非線形ファイバ内に結合する際のそれらの向上したスペクトルコヒーレンスである。これは、周波数計量の用途において重要な側面となり得る。図1に、中赤外スペクトル領域用波長調整可能光源のいくつかの構成要素が示されている。光源は、レーザ信号源またはレーザポンプ光源図示、ならびに非線形導波路を含む。一般的に、単一のチップ上に数本の導波路を成長させることができ、これらの導波路は、図1に示されるように、互いに平行になるように設計することができる。さらに、導波路は、周期的または非周期的に分極反転させることができる。後者の方が図1において短い線によって示されている。約2000nmの波長領域で動作するレーザシステムが高輝度光源のフロントエンドとして用いられてもよい。Imeshev、他への米国特許出願第8,040,929号に記載されているように、例えば、‘929号出願の少なくとも図5、図7~13、および対応する本文において開示されているように、レーザシステムは、例えば、Tmファイバ増幅器内で増幅されるモードロックTmファイバレーザ出力を含むことができよう。しかし、モードロックCr:ZnSeレーザ等のTm/YbまたはHoベースのファイバシステムあるいは固体レーザ等の、他のフロントエンド用レーザ光源も可能である。別の代替案は、光ファイバによって1800~2100nmのスペクトルレンジにラマンシフトされ、その後、Tmファイバ増幅器内で増幅される、モードロックErファイバレーザを含むレーザシステムの利用である。このような2000nmスペクトル領域用の調整可能光源が、Imeshev、他への米国特許出願第8,040,929号に記載されている。例示的な実装では、図1における非線形結晶は、周期的分極反転LiNbO3PPLN結晶またはPPLN導波路を含むことができる。レーザ光源を非線形結晶に光学的に結合するために、光学サブシステム不図示が含まれてもよい。光学サブシステムは、バルクまたは集積部品、例えば、レンズ、ミラー、ファイバ結合器などの任意の適切な組み合わせを含むことができる。少なくとも1つの実施形態は、全ファイバ型結合機構を含むか、またはごくわずかのバルク光学素子しか包含しなくてもよい。非線形結晶表面からレーザ光源内へのフィードバックを防ぐために、光アイソレータ不図示をさらに用いることができる。非線形結晶にはさらに反射防止コーティングを施すことができる。光学サブシステムおよび/または導波路は、バルクオプティクス、テーパ形単一モードファイバ、および/またはファイバスプライスにより実装されるモードコンバータ単数または複数をさらに含むことができる。モードコンバータ単数または複数は、光結合を簡単にするため、導波路内への光結合効率を高めるため、また、導波路の出力ビームのモード品質を向上させるために利用されてもよい。ビームコリメーションのために、導波路の出力においてレンズまたはミラー不図示がさらに含まれる。実施形態によっては、スペクトルシフトされた出力を特定の用途のために適切に濾波するために、不要なスペクトル出力を抑制するべく導波路の出力において光ファイバが配されてもよい。Hartl、他への米国特許出願第11/546,998号に説明されているように、例えば‘998号出願の少なくとも図1aから1d、および対応する本文に開示されているように、非線形導波路はスーパーコンティニウム発生のために設計されてもよい。一般的に、非線形結晶においては、導波路は必要ない。しかし、導波アーキテクチャは、非線形周波数発生のためのパワー要求を低下させるため、有用である。導波路を用いてスーパーコンティニウムを発生する場合、スーパーコンティニウムは、増大したスペクトル密度を有するスペクトル領域へのスペクトル変換を生み出すように作り込まれてもよい。例えば、或る回折格子周期を有する周期的分極反転またはパターン化回折格子を有する導波路を用いる場合、非線形導波路は、スペクトル周波数シフトspectralfrequencyshift、SFSを生み出すように設計することができる。SFSは正青方シフトまたは負赤方シフトとなることができる。例えば、赤方シフトを生み出すには、sgnβf/Δk=1且つsgnδν/Δk=-1であることを確実にするように導波路が設計される必要がある。ここで、βfは基本波長における群速度分散であり、δνn=nsh-nfは第二高調波波長における群屈折率nshと基本波長における群屈折率nfとの群屈折率差である。Δk=ksh-2kf-Kgzは、第二高調波波長ksh、基本波長kfおよび回折格子波数ベクトルKgについての波数ベクトルの差である。非周期的回折格子の場合には、Kgは伝播距離zの関数、すなわちKgzとすることもできる。例えば、モードロックTmファイバレーザ等の2000nm付近で動作する光源を用いる場合には、Δkが負であるとき、すなわち、回折格子周期が、最適周波数倍増を生成する回折格子周期よりも短くなるように設計されているとき、赤色スペクトル領域内への周波数シフトをPPLN導波路内で得ることができる。2000nmから3000nm以上の周波数シフトが可能である。周波数シフトは、小さいコアエリアを有する導波路を用いる場合に可能となる、増大した導波路分散を有する導波路を用いることによって、さらに最適化することができる。導波路分散および周波数シフトは、導波路内の高次モードの利用によって最大化されてもよい。この場合、入力および周波数シフトされた出力はどちらも同じ高次モードで伝播していくことができる。あるいは、この場合、入力および周波数シフトされた出力は異なる次数のモードで伝播する。光屈折損傷または非線形吸収による導波路劣化を最小限に抑えるために、出力波長>1700nmを有するポンプ光源の利用が望ましい。光屈折損傷および非線形吸収を最小限に抑えることは、非線形導波路からの高い平均パワーの発生のためにさらに役立つ。自己周波数シフトの実験的実証では、24.3μmの回折格子周期を有する周期的分極反転導波路PPLN内で、約9THzの周波数下方シフト130nmの波長シフトに対応が得られた。PPLN導波路は逆プロトン交換法を用いて製作された。このような導波路製作方法は、例えば、K.Parameswaran、他、Opt.Lett.、27、179頁2002に記載されていた。しかし、最新技術において周知の通りのミリングまたはエッチング等の他の製作方法を用いて作られたPPLN導波路を用いることもできる。このような製作方法は、例えば、Sasaura、他、米国特許第7,110,652号、Opticalwaveguideandmethodofmanufacture、およびYang、他、FabricationMethodforQuasi-PhaseMatchedWaveguides、米国特許出願第11/861,447号に開示されていた。実験的実証では、2040nmにおいて約2nJのパルスエネルギーおよび100fsのパルス幅を有するポンプパルスをレーザ光源が発生し、ポンプパルスは導波路内に結合された。レーザ光源は、例えば、Imeshev、他への米国特許出願第8,040,929号に開示されている通りのTmラマン増幅器内で増幅されるモードロックTmファイバレーザを含んでいた。図2に、導波路の出力におけるパルスエネルギーの関数としての光学スペクトルがさらに示されている。種光源のスペクトルは、図2に示される対応する破線によって例示され、周波数シフトされた出力は、導波路出力におけるパルスエネルギー0.318nJから2.1nJを表す他の線によって例示されている。ここで、2040nmが光源の平均発振波長におおよそ対応し、レーザ光源は、75nmのスペクトル範囲上述の通りをさらに有した。図3に示されるように、10点は2000および2075nmの波長に対応する。したがって、光源出力エネルギーのほとんどは、2000~2075nmのおおよそのスペクトルレンジをカバーする光源のスペクトル範囲内に包含される。最大パワーレベルにおいては、約2160nmの平均波長を有するスペクトルシフトされた領域内に、導波路の出力のかなりの割合が閉じ込められる。この特定の例では、スペクトルシフトされた領域は、2120から2220nmをカバーする約100nmのスペクトル範囲を有し、スペクトルシフトされた出力のスペクトル範囲内に出力の総エネルギーの約50超を包含する。スペクトル周波数シフトは、スペクトルシフトされた領域内に増大したスペクトル密度を有することによってスーパーコンティニウム発生と区別することができる。これは図3に関してさらに示される。同図は、2040nm破線付近のポンプ光源を用いる場合の、不均一分極反転例えば、場合により、非周期的分極反転と呼ばれるニオブ酸リチウム非線形導波路の出力における計算スペクトル密度を示す。図3から、スペクトルシフトされた出力は約2700nmの領域内にある実線。レーザ光源のスペクトル範囲はaによってさらに指定され、ポンプ光源のスペクトル範囲と同じバンド幅によってカバーされるスペクトル領域はbによって指定されている。1スペクトルシフトされた出力は、光源からの平均発振波長と異なる平均発振波長を有する。図3ではそれぞれ2700nmおよび2040nm。2ポンプ光源のスペクトル範囲に対応するスペクトルバンド幅を有するスペクトル窓内において、スペクトルシフトされた出力は導波路の総出力エネルギーの少なくとも0.5を包含する。図3では103光源のスペクトル範囲によってカバーされるスペクトル領域と、光源のスペクトル範囲に対応するバンド幅を有する周波数シフトされた出力の平均出力波長の周りの領域との間にスペクトルの重なりはない。図3における領域aおよびb。上述の例では、光源のスペクトル範囲および光源平均発振波長によって定義される、図3の上部に示されるスペクトル窓、窓a、によってスペクトル特性が都合良く表された。光源のスペクトル範囲はスペクトルバンド幅、Δλ、に対応してもよい。幅、Δλ、を有する第2の波長シフトされたバージョンの窓は、周波数シフトされた出力光パルスの平均発振波長またはその前後に中心がある図3における窓b。増大したスペクトル密度を特徴付けるために、スペクトル統合によってエネルギーの割合が都合良く求められてもよい。囲まれるエネルギーの程度および割合を都合良く求めるために、窓は矩形であってもよい。図2を再び参照すると、周波数下方変換の量はパワーに依存することが分かる。したがって、非線形導波路内に注入されるパワーを変化させることによって、連続波長調整可能光源が構築することができる。導波路の温度を変化させることによっても、ほぼ連続的な調整を得ることができる。別の代替案は、異なる疑似位相整合回折格子または分極パラメータを有する数本の導波路を単一チップ上に成長させ図1に関して説明された通り、周波数変換のために用いられている導波路パラメータを変化させるために導波路を側方に動かすことである。OPGaAsまたはOPGaP導波路と関連して、3000nm以上への周波数変換が期待できる。非周期的分極反転導波路を用いれば、スペクトル周波数シフトはさらに拡張させることができる。例えば、分極反転ニオブ酸リチウム導波路におけるスペクトル周波数シフトを最大化するには、伝播距離に沿って疑似位相整合周期を増加させる。さらに、中および遠赤外線スペクトル発生のための非常にコンパクトな技術基盤を提供するHartl、他への米国特許出願第11/546,998号に説明されているように、スペクトルのスーパーコンティニウム発生を得ることもできる。実験的実証では、高効率周波数下方変換のために我々は非線形導波路を用いたが、非線形導波路を非線形結晶と置換することも同様に可能である。ただし、スペクトルシフトの実証のためのパワー要求は一般的にはるかに高い。上述の非線形結晶または導波路に加えて、高効率周波数シフトを可能とする非線形結晶の他の例は、周期的分極反転KTP、RTA、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムおよび周期的双晶水晶を含む。一般的に、ほとんどの周期的分極反転非線形結晶は、高効率周波数シフトを得るように設計することができる。疑似位相整合回折格子を実装する非線形導波路に加えて、一般的な非線形導波路が、スペクトル周波数シフトを得るために実装されてもよい。この場合には、光ファイバから知られている通りのラマン散乱がスペクトル周波数シフトを生み出すこともできる。この場合でもなお、導波路内部の非線形吸収および導波路損傷を最小限に抑えるために、発振波長>1700nmを有するレーザ光源を用いると有利である。このような非線形導波路は、例えば、非線形シリコン導波路を含むことができる。しかし、他の非線形物質が実装されてもよい。スペクトル周波数シフトは、上方または下方変換されたスペクトル領域内に増大したスペクトル密度を有する周波数シフトされた出力を生成するので、他の非線形プロセスを周波数シフトプロセスと連結して、1本の非線形導波路だけで可能であるよりもなお一層広いスペクトルレンジをカバーすることができる。例えば、スペクトル上方または下方変換を増強するために、図2における第1の導波路の後に第2の導波路を挿入することができる。このような実装は独立して示されていない。別の代替案は、増大したスペクトル生成域を得るために差周波混合を実装することである。図4に、周波数シフトおよび差周波混合を用いる実施形態が示されている。光源例えば、Tmファイバレーザまたは出力波長>1700nmを有する任意の他の近赤外光源の出力が、光ビームスプリッタを用いて2つの部分に分割される。ここで、第1の部分は、非線形周波数変換を提供するために第1の非線形結晶内に結合され、第2の部分は第2の光路に沿って導かれる。例えば図1に関して記載されている通りの、適切な光学サブシステムが利用されてもよい不図示。非線形結晶の出力および光源出力の第2の部分は次いでダイクロイックビームスプリッタによって再結合され、結合された出力は差周波発生のために第2の非線形結晶内に挿入される。第2の非線形結晶は、差周波発生用に構成された非線形導波路であることもできる。差周波数における光パワーを最大化するために、光パラメトリック増幅が実装されてもよい。光パラメトリック増幅のための光学機構は、図4に示されるものと基本的に同じである。相違は、光パラメトリック増幅の開始には、数nJまたは10nJ超程度の比較的高いパルスエネルギーが利用されることである。このような高いパルスエネルギーは、例えば米国特許第8,040,929号に開示されているように、例えば、チャープパルス増幅の実装を介してTmファイバレーザから得ることができる。第2の非線形結晶は、例えば、OPGaAs、OPGaP、GaAsまたはGaP結晶あるいは結晶導波路から構築することができる。中赤外線発生のために実装される他の結晶が周知であり、それらを実装することもできる。さらに数例を挙げると、例えば、GaSe、AgGaSe2、AgGaS2またはCdGeAs2を用いることができる。差周波発生プロセスのスペクトル生成域をさらに増大させるために、差周波混合と関連して、第1の結晶内で周波数下方変換および周波数上方変換を用いることができる。差周波発生のスペクトル生成域を拡張するために、適切に設計された受動モードロックTmファイバレーザを用いることで可能となるように、近赤外光源を1700~2000nmの波長レンジ内で動作させるとさらに有利である。1850nmの波長において100nmのバンド幅を有して動作するTmファイバレーザ、および100nmのバンド幅を同様に有する2500nmへの周波数下方変換を仮定すると、差周波混合は、短い5000~6000nmという波長に達することができる。下方変換プロセスの適切な制御によって、20μmもの長い波長をさらに得ることができる。5μm~20μmの波長レンジは分子分光学において大変興味深い。OPGaAsまたはOPGaPにおける周波数下方変換と関連して、1800nm~20000nmの全波長レンジを、非常に単純な光源を用いてカバーすることができる。1850nmの波長で動作するTmファイバ光源は、ラマンソリトン形成を使わずに、例えば、1850nmの波長で動作するモードロックTmファイバ発振器ならびにTmファイバ増幅器と共に高次ソリトン形成またはチャープパルス増幅を用いて構築することができる。Tmファイバベースのチャープパルス増幅システムは、例えば、Imeshev、他への米国特許出願第8,040,929号に説明されていた。チャープパルス増幅の実装は、0.1~100Wおよびさらにより高いレンジ内の、非常に高い平均パワーを得ることができるという追加的利点を有する。したがって、原理的に、医療的用途ならびに大気センシングおよび測距にとって大変興味深い1~100Wのレンジ内の平均パワーを有する周波数下方変換光源を発生することができる。光パラメトリック増幅と関連して、このようなファイバベースの周波数下方変換光源を用いて、パルスエネルギー>lnJをさらに発生することができる。図5にさらに示されるように、TmおよびErファイバ増幅器の組み合わせを用いて、大きなスペクトル生成域を有する差周波発生をさらに促進することができる。ここでは、モードロックEr発振器および光Er増幅システムを含むErファイバシステムがフロントエンドにおいて用いられている。例えば、図1に関して記載されている通りの、適切な光学サブシステムがシステム内で利用されてもよい不図示。次に、Erファイバシステムからの出力は光ビームスプリッタまたはファイバ光結合器によって2つの部分に分けられる。Erファイバシステム出力の一方の部分は、Tmファイバ増幅器システムのための種パルスを提供するためにさらに周波数シフトされる。このような、ErファイバシステムのTmファイバ増幅器との組み合わせは、例えば、Imeshev、他への米国特許出願第‘929号に説明されていた。‘929号に説明されているように、さらに、Tmファイバ増幅器システムの出力は調整可能であることができる。Tmファイバ増幅器システムの出力は、さらに、さらなる周波数シフトのために任意使用の非線形導波路内に注入することができる。次に、非線形導波路またはTmファイバ増幅器の出力ならびにErファイバシステム出力の第2の部分は差周波発生のために非線形結晶または導波路内で結合される。Tmファイバ増幅器の出力は波長調整可能であり、Erファイバシステムと非線形導波路との差周波数は極めて大きくなることができるため、近赤外から遠赤外分光法にとって関心のあるほとんどの波長領域をカバーする、1500~20000nmの非常に高効率のスペクトル生成域を得ることができる。図5に関して説明されている例では、TmおよびErファイバシステムの役割をさらに逆にすることができる。この場合には、システムのフロントエンドがモードロックTmファイバ発振器および増幅器システムを含み、Tmシステム出力の一部が、続いて、Erファイバ増幅器システム内に注入される前にファイバ周波数シフタ内で周波数上方変換される。次に、Er増幅器およびTmシステムの出力は差周波発生のために非線形結晶内で結合される。差周波発生のための非線形結晶内への注入前にTmファイバシステム出力の少なくとも一部を周波数シフトするために、追加の非線形導波路をさらに挿入することができる。したがって、ファイバベースのレーザシステムは、それぞれの第1および第2の光周波数を有する第1Erおよび第2Tmの出力を発生するErファイバ利得媒質およびTmファイバ利得媒質を組み合わせて含むことができる。差周波発生器differencefrequencygenerator、DFGが、第1および第2の光周波数を有する第1および第2の出力を受光する。次に、DFGは、第1および第2の周波数の差を含むDFG出力を発生する。以上のように、発明者らはいくつかの実施形態において本発明を説明した。少なくとも1つの実施形態は赤外光源を含む。光源は、短い光パルスを生成するレーザシステムであって、光パルスは、約1700nmよりも大きい第1の平均発振波長、および第1のスペクトル範囲を含む、レーザシステムを含む。平均発振波長およびスペクトル範囲は、第1の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有するスペクトル窓を定義する。システムは、結晶性物質をベースとする疑似位相整合回折格子を含む非線形結晶を含む。光学サブシステムが光源を、周波数シフトされた出力パルスを生成する非線形結晶に光学的に結合する。周波数シフトされたパルスは、第2の、周波数シフトされた、平均発振波長を含む。周波数シフトされた出力は、第2の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有する第2の、波長シフトされた、スペクトル窓内にかなりのエネルギーの割合を含む。スペクトル窓およびシフトされたスペクトル窓は実質的にスペクトルの重なりを有しない。少なくとも1つの実施形態では、非線形結晶が少なくとも1本の導波路を含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、かなりのエネルギーの割合が、約0.5よりも大きくてもよい。少なくとも1つの実施形態では、かなりのエネルギーの割合が、約5よりも大きくてもよい。少なくとも1つの実施形態では、レーザシステムが、Tm、Ho、Tm/HoまたはYb/Tmファイバレーザを含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、レーザシステムが固体レーザを含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、レーザシステムがモードロックレーザを含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、非線形結晶が、周期的分極反転ニオブ酸リチウム、周期的分極反転KTP、周期的分極反転水晶、周期的分極反転RTA、周期的分極反転タンタル酸リチウム、周期的分極反転ニオブ酸カリウムならびに/あるいは配向パターン化GaAsおよびGaP、を含む群から選択されてもよい。少なくとも1つの実施形態では、周波数シフトされた出力は周波数上方変換されてもよい。少なくとも1つの実施形態では、周波数シフトされた出力は周波数下方変換されてもよい。光源は、スペクトル周波数シフト用に構成された第2の非線形結晶をさらに含んでよく、第2の非線形結晶は光源の下流側に配される。少なくとも1つの実施形態では、光源が、その光源の下流側に配される第2の非線形結晶を含んでよく、第2の非線形結晶は、レーザ光源の出力の一部と周波数シフトされた出力との差周波発生用に構成される。少なくとも1つの実施形態では、光源が、その光源の下流側に配される第2の非線形結晶を含んでよく、第2の非線形結晶はレーザ光源の出力の一部と周波数シフトされた出力との差周波数におけるパルス発生用に構成される。ここで、差周波数における出力の発生は光パラメトリック増幅を含む。少なくとも1つの実施形態では、光源が、波長調整可能出力を生成するように構成されてもよく、波長調整は、レーザ光源の平均発振波長を変化させるための非線形結晶の側方平行移動および/または非線形結晶の加熱によって実行される。少なくとも1つの実施形態では、周波数シフトされた出力が平均パワー>100mWを有してもよい。少なくとも1つの実施形態では、短い光パルスが、約10fsから100psのレンジ内のパルス幅を有するパルスを少なくとも1つ含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、短い光パルスが、約10fsから1psのレンジ内のパルス幅を有するパルスを少なくとも1つ含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、スペクトル窓が、スペクトル幅、Δλ、を有する矩形窓関数である。少なくとも1つの実施形態では、光学サブシステムが、実質的に全ファイバ型の構成要素を含むことができる。少なくとも1つの実施形態は赤外光源を含む。光源は、それぞれの第1および第2の光周波数を有する第1Erおよび第2Tmの出力を発生するErファイバ利得媒質およびTmファイバ利得媒質を組み合わせて含むファイバベースのレーザシステムを含む。差周波発生器DFGが、第1および第2の光周波数を有する第1および第2の出力を受光し、それらの差周波数を含むDFG出力を発生する。光源は、第1Erまたは第2Tmの出力の一方の一部分を周波数シフトし、それぞれ、下方シフトまたは上方シフトのいずれかをなされた出力部分を提供し、Tmファイバ増幅器またはErファイバ増幅器のいずれかに種を与える周波数シフタを含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、周波数シフタが光ファイバを含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、ファイバベースのシステムがErファイバ増幅器を含んでよく、Er利得媒質がErファイバ増幅器の一部分を含む。少なくとも1つの実施形態では、ファイバベースのシステムがErファイバ発振器を含んでよく、Er利得媒質がErファイバ発振器の一部分を含む。少なくとも1つの実施形態では、ファイバベースのシステムがErファイバレーザ/増幅器の組み合わせを含んでよく、Erファイバ利得媒質がErファイバレーザ/増幅器の組み合わせの一部分を含む。少なくとも1つの実施形態では、ファイバベースのシステムがTmファイバ増幅器を含んでよく、Tm利得媒質がTmファイバ増幅器の一部分を含む。少なくとも1つの実施形態では、ファイバベースのシステムがTmファイバ発振器を含んでよく、Tm利得媒質がTmファイバ発振器の一部分を含む。ファイバベースのシステムがTmファイバレーザ/増幅器の組み合わせを含んでよく、Tmファイバ利得媒質がTmファイバレーザ/増幅器の組み合わせの一部分を含む。少なくとも1つの実施形態では、赤外光源が、前記光源の下流側に配される第2の非線形結晶を含み、第2の非線形結晶は、周波数シフトされた出力の光パラメトリック増幅用に構成される。少なくとも1つの実施形態では、光パラメトリック増幅が、レーザ光源の出力と周波数シフトされた出力との差周波数における追加の出力を発生する。少なくとも1つの実施形態は赤外光源を含む。光源は、短い光パルスを生成するレーザシステムであって、光パルスは、約1700nmよりも大きい第1の平均発振波長、および第1のスペクトル範囲を含み、平均発振波長およびスペクトル範囲は、第1の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有するスペクトル窓を定義する、レーザシステムを含む。光源は、結晶性物質をベースとする疑似位相整合回折格子を含む第1の非線形結晶であって、第1の非線形結晶は、周波数シフトされた出力パルスを生成し、周波数シフトされたパルスは、第2の、周波数シフトされた、平均発振波長を含む、第1の非線形結晶を含む。第1の結晶から下流側に第2の非線形結晶が配され、第2の非線形結晶は、レーザ光源の出力の一部と、前記第1の非線形結晶を用いて生成された周波数シフトされた出力との差周波における出力の発生用に構成される。光源は、前記光源、前記第1の非線形結晶、および第2の非線形結晶を光学的に結合する光学サブシステムも含む。周波数シフトされた出力は、前記第2の平均発振波長またはその前後に中心があり、バンド幅、Δλ、を有する第2の、波長シフトされたスペクトル窓内にかなりのエネルギーの割合を含む。スペクトル窓およびシフトされたスペクトル窓は実質的にスペクトルの重なりを有しない。少なくとも1つの実施形態では、第2の非線形結晶が、周波数シフトされた出力の光パラメトリック増幅用に構成され、差周波発生が光パラメトリック増幅を含む。少なくとも1つの実施形態では、第2の非線形結晶がOPGaAsまたはOPGaPから構築される。少なくとも1つの実施形態では、第2の非線形結晶が、5μm~20μmの波長レンジ内の出力を発生する。本発明の概要を示すために、本願明細書においては、本発明の特定の態様、利点および新規な特徴が記載されている。しかし、このような利点は、いずれの特定の実施形態によっても、必ずしもすべてが達成されなくてもよいことを理解されたい。したがって、本発明は、1つまたは複数の利点を達成する仕方で具体化または実施されてもよく、本願明細書において教示または示唆されている通りの他の利点を必ずしも達成しなくてもよい。したがって、本願明細書においては、特定の実施形態のみが具体的に記載されているが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく数多くの変更てもよいを加えることができることは明らかであろう。さらに、頭字語は、単に、明細書および特許請求の範囲の読みやすさを高めるために用いられている。これらの頭字語は、用いられている用語の一般性を低下させるように意図されるものではなく、それらは、特許請求の範囲を本願明細書に記載されている実施形態に限定するように解釈されてはならないことに留意されたい。"