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技術 圧縮光パルスの発生方法

出願人 ダンマークステクニスクユニバーシテット
発明者 イベン,クリステン
出願日 2014年11月13日 (4年8ヶ月経過) 出願番号 2016-531668
公開日 2016年12月22日 (2年6ヶ月経過) 公開番号 2016-540380
状態 特許登録済
技術分野 レーザ(2)
主要キーワード 支持モード 微小電気機械的 時間中心 測定用検出器 臨界減衰 MEMS要素 スペーシング層 光子エミッタ
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月22日)のものです。
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課題・解決手段

圧縮光パルス(112)の発生方法であって、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)を備える波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)から、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス(111)を放出し、それと同時に、時間的に分離した波長の異なる光子が該第1の光パルスに含まれるように前記光共振器長(L)を調整する工程、および分散媒質(114)を通して前記第1のパルス伝送し、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス(112)を発生させる工程を含み、 前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いことを特徴とする方法が提供される。

概要

背景

短光パルスを発生させるためのシステムは、短パルスに多くの関心が寄せられ得る様々な用途に利用することができ、たとえば電気通信非線形光学、様々な超精密測定などに利用することができる。

“Ultrafast Optics”, Andrew Weiner, Wiley 2009, ISBN: 978-0-471-41539-8では、第I章においてモードロックによる短パルスの発生が記載されている。

圧縮光パルスを発生させるためのシステムを改良することには利点があると考えられ、改良されたシステムとしては、たとえば、従来よりも単純かつ/または柔軟なシステム、および/または従来よりも短く強力で、かつ/または従来よりも時間幅が圧縮された光パルスを発生させるためのシステムなどが挙げられる。

概要

圧縮光パルス(112)の発生方法であって、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)を備える波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)から、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス(111)を放出し、それと同時に、時間的に分離した波長の異なる光子が該第1の光パルスに含まれるように前記光共振器長(L)を調整する工程、および分散媒質(114)を通して前記第1のパルス伝送し、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス(112)を発生させる工程を含み、 前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いことを特徴とする方法が提供される。

目的

本発明は、上述した利点の1以上を達成することが可能な、圧縮光パルスの発生方法、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステム、および圧縮光パルスを発生させるための、光パルスシステムの使用を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

圧縮光パルス(112)の発生方法であって、動作波長帯域中心波長に相当する基準波長を有する波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)を提供する工程、分散媒質(114)を提供する工程、前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)から、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス(111)を放出する工程、時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長(L)を調整する工程、前記第1の光パルス(111)を前記分散媒質(114)で受信する工程、および受信した前記第1の光パルスを、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス(112)として前記分散媒質から再放出する工程を含み、前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムからの互いに波長の異なる光子の放出を可能とするための、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)と、前記光共振器内に光子を放出する光子エミッタ(106)と、前記光共振器の前記共振器長を制御するように構成された共振器制御装置(108a)とを備えること、前記光共振器が、マイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の長さが前記基準波長の1/2以上10倍未満であること、前記光共振器(104)が、MEMS要素を備え、該MEMS要素の位置が調整可能であること、前記光共振器(104)の前記共振器長(L)が前記MEMS要素の位置に依存しており、前記共振器制御装置(108a)が前記MEMS要素の位置を制御することによって前記共振器の前記共振器長(L)を制御できること、前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いこと、ならびに時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長(L)を調整する前記工程が、前記MEMS要素の位置を調整することをさらに含むことを特徴とする方法。

請求項2

時間的に分離した異なる波長の光子が前記第1の光パルスに含まれるように前記光共振器長(L)を調整する前記工程(たとえば前記光子エミッタ(106)から前記光共振器内への光子の放出中に前記MEMS要素の位置を調整する工程など)が、前記光共振器の一端において境界を形成している鏡を移動させ、該鏡の移動により生じたドップラーシフトによって、光パルス(たとえば第1の光パルスなど)の一部の波長を変化させることを含む、先行する請求項のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

請求項3

前記第1の光パルスに含まれる時間的に分離した波長の異なる光子が互いにコヒーレントであることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

請求項4

前記光共振器がマイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器内に前記光子エミッタが設けられていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

請求項5

放出された前記第1の光パルスが、連続関数で表される時間分解スペクトル分布を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

請求項6

前記圧縮光パルス(112)の1以上の特性を示すフィードバック情報を提供し、次いで該フィードバック情報に基づいた特性を有する2発目の第1の光パルスを放出する工程をさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

請求項7

前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)に設けられた光増幅器(116)による増幅を時間的に変化させることによって、かつ/または前記光子エミッタ(106)からの光子の放出を時間的に変化させることによって、前記第1の光パルス(111)の形状を第1の形状(121)とすることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

請求項8

前記分散媒質の分散特性に関する情報を受信する工程、ならびに前記分散媒質(114)の分散特性に適合させた第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を有する第1の光パルス(111)を得ることによって、前記圧縮光パルスを所定の基準に対して最適化する工程をさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

請求項9

圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、動作波長帯域の中心波長に相当する基準波長を有する波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)と、分散媒質(114)とを備え、前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムからの互いに波長の異なる光子の放出を可能とするための、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)と、前記光共振器内に光子を放出する光子エミッタ(106)と、前記光共振器(104)の前記共振器長(L)を制御するように(たとえば、前記光共振器の前記共振器長を機械的に制御するように、または前記光共振器の幾何学的共振器長を機械的に制御するように)構成された共振器制御装置(108a)とを備えること、前記光共振器が、マイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の長さが前記基準波長の1/2以上10倍未満であること、前記光共振器(104)が、MEMS要素を備え、該MEMS要素の位置が調整可能であること、前記光共振器(104)の前記共振器長(L)が前記MEMS要素の位置に依存しており、前記共振器制御装置(108a)が前記MEMS要素の位置を制御することによって前記共振器の前記共振器長(L)を制御できること、前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス(111)を放出するように構成されていること、前記共振器制御装置(108a)が、前記MEMS要素の位置を調整することによって前記光共振器長(L)を調整するように構成されており(たとえば、前記光子エミッタ(106)から前記光共振器内への光子の放出中に前記MEMS要素の位置を調整するように構成されており)、それによって時間的に分離した波長の異なる光子を含む前記第1の光パルス(111)を得ること、前記分散媒質(114)が、前記第1の光パルス(111)を受信し、受信した前記第1の光パルスを、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス(112)として再放出するように構成されていること、ならびに前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いことを特徴とする、光パルスシステム。

請求項10

前記共振器制御装置(108a)が、前記光共振器の一端において境界を形成している鏡を移動させ、該鏡の移動より生じたドップラーシフトによって、光パルス(たとえば第1の光パルスなど)に含まれるいくつかの光成分の波長を変化させるように構成されており、このようにして前記共振器制御装置(108a)が前記MEMS要素の位置を調整することによって(たとえば前記光子エミッタ(106)から前記光共振器内への光子の放出中に前記MEMS要素の位置を調整することによって)前記光共振器長(L)を調整し、その結果、時間的に分離した異なる波長の光子を含む前記第1の光パルス(111)が得られることを特徴とする、請求項9に記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

請求項11

前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が光増幅器(116)をさらに備える、請求項9または10のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

請求項12

前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、前記分散媒質(114)の分散特性に適合させた第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を有する第1の光パルス(111)を放出するように構成されており、このような第1の光パルスを得ることによって、前記圧縮光パルスを所定の基準に対して最適化することを特徴とする、請求項9〜11のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

請求項13

前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、前記分散媒質(114)の分散特性を示す情報を包含および/または受信するように構成されていることを特徴とする、請求項9〜12のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

請求項14

前記分散媒質の分散特性を示す情報を包含するように構成されたコンピュータ可読記録媒体、および/または前記分散媒質の分散特性を示す情報を受信するように構成されたデータインターフェースを備える、請求項9〜13のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

請求項15

前記分散媒質の分散特性を示す情報を包含するように構成されたコンピュータ可読記録媒体、および/または前記分散媒質の分散特性を示す情報を受信するように構成されたデータインターフェースを備え、前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、前記分散媒質(114)の分散特性を示す前記情報に基づいて該分散特性に適合させた第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を有する第1の光パルス(111)を放出するように構成されており、このような第1の光パルスを得ることによって、前記圧縮光パルスを所定の基準に対して最適化することを特徴とする、請求項9〜14のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

請求項16

前記光共振器(104)がMEMS要素を備えること、前記MEMS要素の位置が調整可能であること、前記光共振器(104)の前記共振器長(L)が前記MEMS要素の位置に依存しており、前記共振器制御装置(108a)が前記MEMS要素の位置を制御することによって前記光共振器の前記共振器長(L)を制御できること、および前記MEMS要素のQ値が10〜臨界減衰の範囲内であることを特徴とする、請求項9〜15のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

請求項17

前記圧縮光パルスのピークパワーを前記圧縮光パルスの平均パワーで除することにより第1の比率を求めること、前記第1の光パルスのピークパワーを前記第1の光パルスの平均パワーで除することにより第2の比率を求めること、および前記第1の比率が前記第2の比率の少なくとも1000倍であることを特徴とする、請求項9〜16のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

請求項18

多光子分光法材料加工フェムト秒化学サンプリングシステム、およびテラヘルツ(THz)波の発生のいずれかのための、請求項1〜8のいずれかに記載の圧縮光パルスの発生方法および/または請求項9〜17のいずれかに記載の光パルスシステム(100)の使用。

技術分野

0001

本発明は光パルス提供方法に関し、具体的には、圧縮光パルスの発生方法、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステム、および圧縮光パルスを発生させるための、光パルスシステムの使用に関する。

背景技術

0002

短光パルスを発生させるためのシステムは、短パルスに多くの関心が寄せられ得る様々な用途に利用することができ、たとえば電気通信非線形光学、様々な超精密測定などに利用することができる。

0003

“Ultrafast Optics”, Andrew Weiner, Wiley 2009, ISBN: 978-0-471-41539-8では、第I章においてモードロックによる短パルスの発生が記載されている。

0004

圧縮光パルスを発生させるためのシステムを改良することには利点があると考えられ、改良されたシステムとしては、たとえば、従来よりも単純かつ/または柔軟なシステム、および/または従来よりも短く強力で、かつ/または従来よりも時間幅が圧縮された光パルスを発生させるためのシステムなどが挙げられる。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、上述した利点の1以上を達成することが可能な、圧縮光パルスの発生方法、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステム、および圧縮光パルスを発生させるための、光パルスシステムの使用を提供することを目的とする。

0006

本発明はさらに、先行技術の代替となるものを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

したがって、前記の目的および他のいくつかの目的は、本発明の第1の態様において、圧縮光パルス(112)を発生させるための以下の方法を提供することによって達成される。すなわち、圧縮光パルス(112)の発生方法であって、
動作波長帯域中心波長に相当する基準波長を有する波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)を提供する工程、
分散媒質(114)を提供する工程、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)から、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス(111)を放出する工程、
時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長(L)を(たとえば機械的に)調整する工程、
前記第1の光パルス(111)を前記分散媒質(114)で受信する工程、および、
受信した前記第1の光パルスを、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス(112)として前記分散媒質から再放出する工程を含み、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、
該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムからの互いに波長の異なる光子の放出を可能とするための、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)と、
前記光共振器内に光子を放出する光子エミッタ(106)と、
前記光共振器の前記共振器長を制御するように(たとえば前記光共振器の前記共振器長を機械的に制御するように、たとえば前記光共振器の幾何学的共振器長を機械的に制御するように)構成された共振器制御装置(108a)とを備えること、
前記光共振器(104)がマイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の長さが前記基準波長の1/2以上10倍未満であること、
前記光共振器(104)が、MEMS要素を備え、該MEMS要素の位置が調整可能であること、
前記光共振器(104)の前記共振器長(L)が前記MEMS要素の位置に依存しており、前記共振器制御装置(108a)が前記MEMS要素の位置を制御することによって前記共振器の前記共振器長(L)を制御できること、
前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いこと、ならびに
時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長(L)を調整する前記工程が、前記MEMS要素の位置を調整すること(たとえば前記光子エミッタ(106)から前記光共振器内への光子の放出中に前記MEMS要素の位置を調整すること)をさらに含むことを特徴とする方法を提供することによって達成される。

0008

別の一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、
波長可変マイクロ共振器レーザーシステムを提供する工程、
分散媒質を提供する工程、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステムから、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルスを放出する工程、
(たとえば光共振器長に対応するような)時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長(L)を調整する工程、
前記第1の光パルスを分散媒質で受信する工程、および、
受信した前記第1の光パルスを、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルスとして前記分散媒質から再放出する工程を含み、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステムが、
該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムからの互いに波長の異なる光子の放出を可能とするための、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器と、
前記光共振器内に光子を放出する光子エミッタ(たとえば利得媒質など)と、
前記光共振器の前記共振器長を制御するように構成された共振器制御装置(たとえば波形発生器、たとえば前記光共振器に動作可能に接続された波形発生器など)とを備えること、ならびに
前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いことを特徴とする方法が提供される。

0009

前記方法の各工程は必ずしも記載された通りの順序で行う必要はない。たとえば、「前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)から、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルスを放出する」工程は、「(たとえば光共振器長に対応するような)時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長(L)を調整する」工程の後に行ってもよい。したがって、これら2つの工程は、(たとえば光共振器長に対応するような)時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長(L)を調整し、次いで第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルスを前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステムから放出することによって行ってもよい。

0010

本発明は、特に、時間的にパルスを圧縮することによって、パルス内エネルギーを時間的に圧縮し、元のパルスよりもピークパワーが高い短パルスを発生させるのに有利であるが、本発明の利点はこれに限定されない。さらに本発明は、特定の目的に応じて1以上のパルス形状を形成させることができるという利点を有することができる。たとえば、本発明によって多数のパルスを発生させることができ、これによって、たとえば、ポンプ-プローブ実験を行うことが可能となる。このようなポンプ-プローブ実験では、第1の光パルスは、ポンプ-プローブ実験を行うことが可能なパルスパッケージを含む圧縮光パルス(たとえば複数の光パルスを含む圧縮光パルスなど)に相当する。この場合、まず単一のパルスを2つに分割し、次いでそのうちの一方を遅延させるという2ステップ法を採用することによって、複数の光パルスを発生させる必要がなくなるため有利である。

0011

MEMS要素およびマイクロ共振器の利点としては、MEMS要素を介することによって、第1の光パルスに含まれる様々な光成分に対して様々な波長調整を行うことができることが挙げられる。これは、マイクロ共振器を使用することによって、(モードホッピングを回避しつつ)第1の光パルスに含まれる様々な光成分の波長を有意に変化させる(たとえば基準波長に対して少なくとも1%変化させる)ことが可能になるためである。このような顕著な特徴により、圧縮光パルスの平均パワーで除した圧縮光パルスのピークパワーと、第1の光パルスの平均パワーで除した第1の光パルスのピークパワーとの比を劇的に増加させることが可能となる。

0012

“Ultrafast Optics”, Andrew Weiner, Wiley 2009, ISBN: 978-0-471-41539-8(この文献の内容はすべて参照により本明細書に組み込まれる)では、モードロックレーザーと、これに次いで起こりうるさらなる非線形スペクトル拡張および圧縮とにより短パルスを発生させることが報告されている。本発明は、比較的単純だが効果的な方法で、第2の時間幅、圧縮光パルスの繰り返し周波数、および/またはスペクトルの制御を行うことが可能な、圧縮光パルスの発生方法および圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムを提供できるという利点がある。さらに本発明は、前記光パルスシステムの動作手順を変えることによって、第2の時間幅、圧縮光パルスの繰り返し周波数、および/またはスペクトルの制御を行うことができるという利点を有する。たとえば、このような制御は、たとえば電気的手段(たとえば完全に電気的な手段)によって行うことができ、あるいは前記光パルスシステムの物理的な構成要素を変更することなく行うことができる。

0013

本発明は、2枚鏡マイクロ共振器レーザーにおいて、鏡の移動によるドップラーシフト調整機構として使用することができるという本発明者による基本的な洞察によるものと考えてもよい。これは、自然放出によりレーザー線が生じるのではなく、スペクトルが移動されたレーザーが放出されるため、放出された光が周波数間コヒーレントであることを意味する。このようなコヒーレントな光の放出によって、「時間的に分離した波長の異なる光子」が得られるように光パルスを操作することが可能となり、分散媒質を通してこの改変された光パルスを送信することが可能となる。その結果、極めて望ましい特性を有する光を得ることが可能となる。

0014

前記方法の各工程は必ずしも記載された通りの順序で行う必要はない。

0015

「圧縮光パルス」は、先に放出されたパルス(たとえば第1の光パルスなど)から生じるが、先に放出されたパルスは時間的に分離した光子(たとえば時間的に分離した波長の異なる光子など)を含み、これらの光子の時間的な分離の程度は圧縮光パルス内ではさらに小さくなると解してもよい。「圧縮光パルス」は、任意の形状を有していてもよく、たとえば、パルスパッケージと呼ばれることがある。一実施形態では、圧縮光パルスは、実質的にガウス型(たとえばガウス型)の特定のパルス(たとえば単一パルス)である。

0016

「パルスパッケージ」は、強度分布がゼロでない複数のパルス部分が、強度分布が実質的にゼロ(たとえばゼロ)のパルス部分により隔てられた形状を有する単一パルスであると解される。(パルスパッケージ内における)強度分布が非ゼロのパルス部分と別の非ゼロのパルス部分との時間的な隔たりは、1〜100ピコ秒オーダーであってもよく、たとえば1〜10ピコ秒以内であってもよい。複数のパルスパッケージが存在する場合、2つのパルスパッケージ間の時間的な隔たりは、1ナノ秒オーダー、または1ナノ秒よりも大きくてもよいということには注意されたい。

0017

「第1の光パルス」は、「波長可変マイクロ共振器レーザーシステム」から放出されるパルス、または該システムから放出されうるパルスであると解してもよい。第1の光パルスは、光共振器から直接放出されてもよく、あるいは「波長可変マイクロ共振器レーザーシステム」に付属の1以上の光学素子(たとえば光増幅器など)を介して放出されてもよい。「第1の光パルス」は、任意の形状を有していてもよく、たとえばパルスパッケージと呼ばれることがある。一実施形態では、第1の光パルスは、実質的にガウス型(たとえばガウス型)の特定のパルス(たとえば単一パルス)である。

0018

「光パルス」は、「光子エミッタから放出される光パルス」、「光共振器内の光パルス」、「光共振器から放出される光パルス」、「第1の光パルス」、または「圧縮光パルス」とも呼ばれるが、これらはいずれも同じパルス(たとえば、空間的位置のみが異なる同一のパルスおよび/または時間的位置のみが異なる同一のパルス)を指すということには注意されたい。たとえば、「第1の光パルス」と「圧縮光パルス」は、「圧縮光パルス」が「第1の光パルス」から生じた光子を含むという点では同じパルスであると言えるが、第1の光パルスに含まれる様々な波長の光子の時間的位置および空間的位置が、(分散媒質を通過した)圧縮光パルスに含まれる様々な波長の光子の時間的位置および空間的位置とは異なるという点では別のパルスであると言える。

0019

「波長可変マイクロ共振器レーザーシステム」は、光子をレーザー光の形態で放出可能なシステムであり、光子の波長を制御可能に調整できるシステムであると解してもよい。前記システムは光マイクロ共振器を含んでいてもよい。

0020

「マイクロ共振器」は、光共振器であり、たとえば2枚鏡共振器や2枚の鏡のみで境界が規定された共振器などであると解してもよい。波長の調整は、2枚の鏡のうち少なくとも一方を移動させ(たとえば、2枚の鏡のうちの1枚の鏡のみを移動させたり、2枚の鏡の両方を移動させて)、2枚の鏡の間の光路長を変えることによって行ってもよい。2枚の鏡の間の光路長は比較的短くてもよく、たとえば基準波長の100倍未満、たとえば基準波長の10倍未満、たとえば基準波長の1/2以上10倍以下の範囲内、たとえば基準波長の0.75〜7.5倍の範囲内、たとえば基準波長の1〜5倍の範囲内、たとえば基準波長の2〜5倍の範囲内などである。2枚の鏡の間の幾何学的距離は、100μm未満であってもよく、たとえば50μm未満、たとえば10μm未満、たとえば0.1〜100μmの範囲内、たとえば0.1〜50μmの範囲内、たとえば0.1〜10μmの範囲内、たとえば1/2〜10μmの範囲内、たとえば1〜5μmの範囲内、たとえば1.5〜3μmの範囲内などである。利得媒質などの光子エミッタは、光共振器の内部に設けられてもよく、たとえば、2枚の鏡の間の光路を横切るように配置されてもよい。通常、本明細書において「共振器」および「マイクロ共振器」という用語は同じ意味で使用することができる。通常、マイクロ共振器内には、伝播方向(縦モード)に数個光学モードまたは単一の光学モードのみが存在していてもよい。「数個の光学モード」とは、10個以下の光学モードであってもよく、たとえば5個以下の光学モード、たとえば3個以下の光学モード、たとえば2個以下の光学モード、たとえば1個の光学モードのみなどである。マイクロ共振器は、2枚の鏡(たとえば2枚の平板鏡)が近接して配置され、その間に数波長の光またはそれよりも短い波長の光のみが収まるような、平板状のマイクロ共振器であってもよい。通常、光マイクロ共振器は、スペーサ層または光媒質の2つの反射面により形成される構造であってもよい。光マイクロ共振器は、多くの場合、数μmの厚みであり、スペーサ層はナノメーターオーダーであることさえある。通常のレーザーと同様に、光共振器すなわち共鳴器のこのような構成によって、スペーサ層内での定在波の生成が可能となる。スペーサ層の厚みは、いわゆる「共振器モード」を決定する。共振器モードは伝送される単一の波長であり、共鳴器内の定在波として形成される。

0021

本願において「(光学)モード」に言及するとき、通常、縦モード(本明細書において「軸モード」とも呼ぶ)すなわち共振器方向に沿ったモードであると解される。補足すると、マルチ横モード(非閉じ込め(unconfined)モードも包含する)も可能だが、電流の適切な印加または高次モードにおいて損失与えることによって、単一横モードによりレーザーを放出できるということには注意されたい。

0022

マイクロ共振器を備えることの利点としては、マイクロ共振器が数個の光学モードのみまたは単一の光学モードのみを支持することができることが挙げられる。支持モードに言及するとき、「支持モード」とは、利得媒質のバンド幅の範囲内(たとえば利得媒質が誘導吸収よりも誘導放出を示す波長範囲内)にある共振器により支持されるモードであると解される。単一縦モードのみが支持されている限定的な場合においては、レーザーは別のモードに移行(モードホッピング)することがなく、したがって、放出されるレーザー光の波長と共振器長との間に単一的な関係が成立する。数個のモード(たとえば10個以下、5個以下、3個以下または2個以下のモード)が支持されている場合、自由スペクトル領域によって大まかに規定される波長範囲内において、放出されるレーザー光の波長と共振器長との間に単一的な関係が成立する。光共鳴器(共振器)の自由スペクトル領域は、該光共鳴器(共振器)の軸モードの周波数間隔である。したがって、軸モード間隔とも呼ばれる。このように、マイクロ共振器を使用することによって、「モードホッピング」を防ぐことができ、また、長い共振器ほど狭い自由スペクトル領域を有することから可変特性が制限される。短い共振器は、第1のパルスのバンド幅が広く、圧縮パルス持続時間が短いことから、広い可変特性を達成するには短い共振器が必要とされる。

0023

マイクロ共振器を備えることの別の利点としては、共振器長の機械的な調整により共振器長を制限することによって、放出されるパルスの周波数をより大きな範囲で調整することができることが挙げられる。これは、周波数スケールの変化が共振器長の変化に比例し、共振器長に反比例することに起因する。したがって、任意の機械的調整(たとえばMEMS素子を介した実際的な機械的調整)を行った場合、周波数の変化は、マクロ共振器よりもマイクロ共振器の方が大きい。すなわち、マイクロ共振器の寸法はMEMS素子による実際的な変化の大きさと同等であり、このことより、MEMS素子を介してマイクロ共振器の共振器長を有意に変化させることが可能となる。これによって、MEMS素子を介してマイクロ共振器に基づくレーザー波長を有意に変化させることが可能となることから、マイクロ共振器とMEMS素子との組合せによる相乗効果を得ることができる。ここで、波長の有意な変化は、たとえば、基準波長に対する変化(%)として、少なくとも1%であってもよく、たとえば少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、たとえば少なくとも10%、たとえば少なくとも15%、たとえば少なくとも20%などである。

0024

「光共振器」は、当技術分野で公知のものであり、光波を生成するための定在波共鳴器を形成する複数の鏡の配置を指すと解される。

0025

「機械的に調整可能な共振器長」は、機械的に共振器長を調整できることであると解してもよく、たとえば1以上の物理的な素子の位置を物理的に変えることなどを指す。様々な実施形態において、共振器長を電気機械的に変更してもよく、たとえば微小電気を使用して機械的に共振器長を変更してもよい。

0026

「共振器長」に言及するとき、この用語は「光共振器長」や「光共振器の長さ」と同じ意味で使用することができ、共振器を通る片道の光路長(OPL)であると解され、たとえば2枚の鏡(すなわち第1の鏡と第2の鏡)の間の光路長などを指す。往復の光路長は、リニア共振器では上記光路長の2倍となり、2枚の鏡からなる共振器でも上記光路長の2倍となる。一実施形態において、光共振器は2枚の鏡により規定され、たとえば2枚の鏡のみによって規定される。

0027

「互いに波長の異なる光子を放出すること」は、互いに波長の異なる少なくとも2つの光子を放出することであると解してもよい。

0028

「光子エミッタ」は、光子を放出できるものであると解してもよく、たとえば光子または電子を受け取って光子を放出できるものなどを指す。典型的な光子エミッタは、通常、光利得媒質レーザー利得媒質など)を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、光子エミッタは、1以上の量子井戸量子細線または量子ドットを含んでいてもよい。特定の一実施形態では、光子エミッタは半導体材料を含み、たとえばバルク形態半導体、または1以上の量子井戸、量子細線または量子ドット形体である半導体などが挙げられる。

0029

「利得媒質」は、当技術分野で公知のものであり、自体を通過する光をコヒーレントに増幅する光増幅器などの利得媒質であってもよい。

0030

「共振器制御装置」は、共振器長の制御を可能とする制御ユニットであると解してもよく、たとえば、光共振器に動作可能に接続された電気波形発生器など、たとえば共振器長の制御を可能とするアクチュエータに動作可能に接続された電気波形発生器などであってもよい。通常、共振器制御装置は、光子エミッタから共振器内へ光子が放出された後や、光子エミッタから共振器内へ光子が放出されている最中に、共振器長を制御する働きをするものであり、そのような制御を行うように構成されたものであると解してもよい。共振器制御装置は、光子エミッタに動作可能に接続されていてもよく、それによって、光子エミッタから共振器内へ光子を放出している最中に共振器制御装置を作動させることが可能となる。共振器制御装置と光子エミッタとの動作可能な接続は、たとえば、光子エミッタと共振器制御装置の両方を制御するコンピュータを備えること、または光子エミッタからのトリガーもしくは光子エミッタへの信号により生じたトリガーを用いて共振器制御装置を動作させることによって達成することができる。光子エミッタに動作可能に接続された共振器制御装置を備えていると、光子エミッタと共振器制御装置とを同調させるのに有利であると考えられ、特に、光子エミッタを一定ではない状況で動作させる場合(たとえば光子エミッタに一定ではない電流が供給された場合など)には有利であると考えられる。

0031

「分散媒質」は、特定の周波数を有する光が分散媒質の入射点から分散媒質の放射点まで伝播するのに要する時間と、別の特定の周波数を有する光が分散媒質の入射点から分散媒質の放射点まで伝播するのに要する時間とが異なりうる媒質であると解してもよい。また、分散媒質は、特定の周波数を有する光が、別の特定の周波数を有する光とは異なる速度および/または異なる経路で伝播しうる媒質であると解してもよい。分散媒質内を伝播する光の速度および/または経路は、その光の周波数に依存しうると解してもよい。分散媒質は、たとえば、複数の分散媒質を含んでいてもよく(包含していてもよく)、たとえば直列に接続された複数の分散媒質を含んでいてもよく、たとえば光ファイバおよび/または格子コンプレッサーから選択される分散媒質などを含んでいてもよい。分散媒質または分散媒質の一部は、様々な波長がそれぞれ異なる速度で伝播しうる部品から形成されていてもよい。分散媒質または分散媒質の一部は、様々な波長がそれぞれ異なる物理的経路長で伝播する部品から形成されていてもよく、たとえば向かい合った2つの回折格子を含む格子コンプレッサーおよび/またはチャープファイバブラッググレーティングなどが挙げられる。

0032

特定の一実施形態では、分散媒質の上記特性によって、光共振器の長さを制御することにより(たとえばMEMS要素を作動させることにより)生成された第1の光パルスから、実質的に正弦波形状の(たとえば正弦波形状の)圧縮光パルスを生成することが可能となる。この実施形態の利点としては、たとえばMEMS要素などの共振運動を可能とするような光共振器の制御に必要とされる要件が比較的少ないことが挙げられる。

0033

「時間幅」は、当技術分野においてよく知られているように、半値全幅FWHM)であると解してもよい。

0034

「時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長を調整する工程」は、放出される前の第1の光パルスが光共振器内に存在しているときに、光共振器の長さを調整することによって、鏡の移動によるドップラーシフトが第1のパルスのいくつかの光成分(たとえば第1の光パルスに含まれるいくつかの光成分のみ)の波長を変化させること(たとえば有意に(たとえば基準波長に対して少なくとも1%)変化させること)を指すと解してもよい。また、前記「時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長を調整する工程」は、第1の光パルスの様々な光成分の波長を互いに異なる程度で変化させる(たとえば互いに有意に異なる程度で変化させる)(ように実施する)ことを含むと解される。さらに、前記「時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長を調整する工程」は、第1の光パルスの様々な光成分の周波数が互いに異なるように変化する程度を有意に変化させることであると解してもよい。(新たな波長を有する)前記第1のパルスの様々な光成分において、この新たな波長が光共振器長に対応(かつ/または共振)しているという利点があると考えられる。当業者であれば、前記波長が光共振器長に対応していること(たとえば、整数で除した「光共振器長」を2倍したものに対応していること(ここで、整数は1であってもよく、1を超える整数であってもよく、たとえば、2、3、4、5、6、7、8、9、10、50、100または1000を超える整数であってもよい))を容易に理解するであろう。

0035

「第1の光パルスを分散媒質で受信する工程」は、第1の光パルスが分散媒質に入射することであると解してもよい。

0036

「第1の光パルスを分散媒質から再放出する工程」は、第1の光パルスが分散媒質から出て行くことであると解してもよい。

0037

別の一実施形態では、第1の光パルスに含まれる時間的に分離した波長の異なる光子が互いに時間的にコヒーレントであること、および「時間的にコヒーレント」が、2つの光学場の相対的な時間位相ランダムではないことを意味すること(たとえば、時間の異なる電場における値の間に一定の位相関係が存在することを意味すること)を特徴とする方法が提供される。

0038

当技術分野において「時間的なコヒーレンス」は、時間の異なる電場における値の間に見られる一定の位相関係として知られているものである。

0039

時間的に分離したコヒーレントな(たとえば時間的にコヒーレントな)光子を有することの利点としては、圧縮光パルス内で時間的に圧縮された場合に、光子が干渉して強め合うことが可能となることを挙げることができる。

0040

一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、
時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように、光共振器長(L)を調整する工程(たとえば光子エミッタ(106)から光共振器内への光子の放出中にMEMS要素の位置を調整する工程)を含み、
該工程が、
光共振器の一端において境界を形成している鏡を移動させ、該鏡の移動により生じたドップラーシフトによって、光パルス(たとえば第1の光パルスなど)に含まれるいくつかの光成分(第1の光パルスに含まれるいくつかの光成分のみ)の波長を変化させる(たとえば有意に変化させる(たとえば基準波長に対して少なくとも1%変化させる))ことを含むことを特徴とする方法が提供される。
この実施形態の利点としては、ドップラーシフトによって、第1の光パルスに含まれる様々な光成分の光子が互いにコヒーレントになることが挙げられる。

0041

一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、光共振器がマイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の内部に光子エミッタが設けられていることを特徴とする方法が提供される。利得媒質などの光子エミッタは、光共振器の内部に設けられてもよく、たとえば、2枚の鏡の間の光路を横切るように配置されてもよい。この態様の利点としては、マイクロ共振器内で誘導された光の放出を促すことができること(たとえばマイクロ共振器内におけるレーザーの発生を容易とすること)が挙げられる。

0042

一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、光共振器がマイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の長さが基準波長の1/2以上10倍未満であることを特徴とする方法が提供される。マイクロ共振器の長さをこのような長さにすることによって、基準波長を有する光源を比較的単純かつ効率的な方法で提供でき、それと同時に、調整効率が比較的高くなり、自由スペクトル領域が比較的広くなるという利点が得られる。一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、光共振器がマイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の長さが基準波長の1/2以上100倍未満であることを特徴とする方法が提供される。一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、光共振器がマイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の長さが基準波長の1倍以上(たとえば基準波長の1倍を超え)10倍未満であることを特徴とする方法が提供される。一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、光共振器がマイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の長さが基準波長の1倍以上100倍未満であることを特徴とする方法が提供される。

0043

別の一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、放出された第1の光パルス(たとえば個々の第1の光パルス)が、連続関数で表すことのできるスペクトル分布を有することを特徴とする方法が提供される。

0044

このような態様における利点としては、たとえば独立した波長ピークが別々に存在するスペクトル(すなわち、強度がゼロの部分またはゼロに近い部分を含むスペクトル)などとは異なり、より多くの光(より多くの波長)が圧縮された圧縮光パルスを生成することができることを挙げることができる。第1の光パルスが連続関数で表されるスペクトル分布を有することの利点としては、分布が不連続なパルスと比較して、任意の最大出力に対してより高いエネルギーをパルス内に持つことができることを挙げることができる。複数の第1の光パルス(たとえば周期的に放出される複数の光パルス、たとえば第1の光パルスのパルス列)に対して、パルス繰り返し周波数逆数に対応する変調を行うことが可能となり、この場合、不連続なスペクトル分布となる場合がある(それぞれのピークが独立したスペクトル)と解してもよい。

0045

「スペクトル分布」は、波長の関数としての、強度を示す関数であると解してもよい。

0046

別の一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、放出された第1の光パルスが、実質的にゼロ(たとえばゼロ)の強度を有する1以上の波長領域により隔てられた非ゼロ強度の波長領域を持たない関数で表すことのできる(たとえばこのような関数で表される)スペクトル分布を有することを特徴とする方法が提供される。

0047

別の一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、放出された第1の光パルスが、連続関数で表すことのできる(たとえば連続関数で表される)時間分解スペクトル分布を有することを特徴とする方法が提供される。

0048

このような態様は、第1の光パルスに含まれる互いに波長の異なる様々な光成分が、依然として時間的にコヒーレントであることが可能である点で有利であると考えられる。別の利点としては、より多くの光(より多くの波長)を圧縮して圧縮光パルスを生成することができることを挙げることができる。

0049

第1の光パルスが、連続関数で表される時間分解スペクトル分布を有することの利点としては、分布が不連続なパルスと比較して、任意の最大出力に対してより高いエネルギーをパルス内に持つことができることを挙げることができる。別の利点としては、様々な波長のパルス間のコヒーレンスを容易に達成できることを挙げることができる。「時間分解スペクトル分布」とは、時間に対する関数として瞬間的な波長を示す関数であると解してもよく、たとえば時間に対する波長の関数などであってもよい。したがって、時間分解スペクトル分布を連続関数で表すことができる場合、時間の経過とともに波長が突然変化することはないと解してもよい。

0050

別の一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、
光共振器がMEMS要素を含むこと、該MEMS要素の位置が調整可能であること(たとえば制御可能に調整可能であること)、前記光共振器の共振器長がMEMS要素の位置に依存しており、共振器制御装置がMEMS要素の位置を制御することによって前記光共振器の共振器長を制御できること、および(たとえば光共振器長に対応するような)時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長を調整する工程が、MEMS要素の位置を調整することをさらに含むことを特徴とする方法が提供される。

0051

MEMS」は、通常、微小電気機械システムと解される。しかしながら、「MEMS」という用語は、形容詞としても機能すると解してよく、したがって、微小電気機械システムの一構成要素として機能するある種の構成要素を説明する際にも使用される。したがって、本発明の実施形態では、光共振器は、微小電気機械的相互作用により作動しうる構成要素を含み、したがって、微小電気機械システムとして説明されているものの一部を含みうると解してもよい。

0052

「微小電気機械システム」は、クーロン相互作用または圧電作動などの電気力を印加することによって機械的に作動しうるマイクロメーター領域の寸法を有するシステムであると解してもよい。

0053

「光共振器がMEMS要素を含むこと」とは、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器の境界がMEMS要素により規定されていてもよいことであると解してもよく、たとえば、光共振器の境界を規定する複数の鏡のうちの1つがMEMS要素であってもよく、該鏡のうちの1つがMEMS要素上に載置されていてもよい。

0054

このような態様は、MEMSが、単純だが効果的かつ制御可能な方法で共振器長を容易に変化することができるという点で有利であると考えられる。

0055

別の一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、
前記光子エミッタ(106)からの光子の放出を時間的に変化させることによって(たとえば光子エミッタ制御装置から光子エミッタに供給される電力を時間的に変化させることによって、かつ/またはたとえば前記光子エミッタへの光子(たとえば高エネルギー光子など)の供給を時間的に変化させることによって)、第1の光パルスの形状を第1の形状とする工程をさらに含む方法が提供される。

0056

「第1の光パルスの形状を特定の形状とすること」は、時間に基づいて光パルスの形状を形成することであると解してもよく、たとえば、パルスに含まれる1以上の波長またはすべての波長の強度を表した時間に対する関数の形状が変化するようにパルスを変化させることであってもよい。

0057

圧縮光パルスの特性は第1の光パルスの第1の形状に依存し、第1の光パルスの形状を制御することによって圧縮光パルスの特性を最適化できることから、第1の光パルスの形状を制御することには利点があると考えられる。

0058

「時間的に変化させること」は、時間に関連して何らかのものを変更することであると解してもよく、たとえば何らかのものが様々な時点において様々な値を示すことであってもよい。

0059

別の一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、
フィードバック情報を提供し、次いで該フィードバック情報に基づいた特性を有する2発目の第1の光パルスを放出する工程をさらに含む方法が提供され、この工程は、たとえば、波長可変マイクロ共振器レーザーシステムにフィードバック情報を提供し、次いで該フィードバック情報に基づいた特性を有する2発目の第1の光パルスが放出されるように該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムを構成する工程であってもよい。

0060

このような態様は、前記システムの素子における変動(分散素子、マイクロ共振器エミッタおよび/またはMEMS要素における変化など)の補正が可能となるという点で有利であると考えられる。前記フィードバック情報を利用してシステムをセットアップすることによって、所望の特性を有する2発目のパルスを放出することができ、さらに、時間の経過(たとえば温度変化老朽化)に対してシステムを安定化することができる。

0061

「圧縮光パルスの1以上の特性を示すフィードバック情報」は、圧縮光パルスの前記特性に関する情報であると解してよく、該フィードバック情報は、圧縮光パルスの特性を最適化することを目的として、波長可変マイクロ共振器レーザーシステムを制御するために使用してもよい。圧縮光パルスの前記1以上の特性は、圧縮光パルスの、
第2の形状、
第2のスペクトル分布、および/または
第2の時間幅
のいずれか1つであると解してもよい。

0062

「2発目の第1の光パルス」は、先に放出された第1の光パルスに続いて放出される2発目の第1の光パルスであると解してもよく、たとえば、フィードバック情報に基づいて圧縮光パルスとして再放出された第1の光パルスなどである。

0063

「2発目の第1の光パルスの特性」は、たとえば、2発目の第1の光パルスの、
第2の形状、
第2のスペクトル分布、および/または
第2の時間幅、
のいずれか1つであると解してもよい。

0064

「前記フィードバック情報に基づいた」とは、2発目の第1の光パルスの特性がフィードバック情報に基づいていると解してもよい。

0065

別の一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステムに設けられた光増幅器による増幅を時間的に変化させることによって、かつ/または
前記光子エミッタからの光子の放出を時間的に変化させることによって、
第1の光パルスの形状を第1の形状とすることを特徴とする方法が提供される。

0066

別の一実施形態では、圧縮光パルスの発生方法であって、
分散媒質の分散特性に関する情報を受信する工程、ならびに
分散媒質(114)の分散特性に適合させた第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を有する第1の光パルス(111)を得ることによって、圧縮光パルスを所定の基準に対して最適化する工程をさらに含む方法が提供される。

0067

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)の発生方法であって、
波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)を提供する工程、
分散媒質(114)を提供する工程、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)から、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス(111)を放出する工程、
(たとえば光共振器長に対応するような)時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長(L)を調整する工程、
前記第1の光パルス(111)を前記分散媒質(114)で受信する工程、および
受信した前記第1の光パルスを、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス(112)として前記分散媒質から再放出する工程を含み、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、
該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムからの互いに波長の異なる光子の放出を可能とするための、調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)と、
前記光共振器内に光子を放出する光子エミッタ(106)(たとえば利得媒質など)と、
前記光共振器の前記共振器長を制御するように構成された共振器制御装置(108a)(たとえば波形発生器、たとえば前記光共振器に動作可能に接続された波形発生器など)とを備えること、ならびに
前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いことを特徴とする方法が提供される。

0068

この実施形態によれば、前記光共振器は、たとえば機械的および/または電気光学的に調整可能な長さを有していてもよい。

0069

本発明の第2の態様によれば、圧縮光パルス(112)発生させるための光パルスシステム(100)であって、
動作波長帯域の中心波長に相当する基準波長を有する波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)と、分散媒質(114)とを備え、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、
該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムからの互いに波長の異なる光子の放出を可能とするための、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)と、
前記光共振器内に光子を放出する光子エミッタ(106)と、
前記光共振器(104)の前記共振器長(L)を制御するように(たとえば前記光共振器の前記共振器長を機械的に制御するように、たとえば前記光共振器の幾何学的共振器長を機械的に制御するように)構成された共振器制御装置(108a)とを備えること、
前記光共振器が、マイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の長さが前記基準波長の1/2以上10倍未満であること、
前記光共振器(104)がMEMS要素を備え、該MEMS要素の位置が調整可能であること、
前記光共振器(104)の前記共振器長(L)が前記MEMS要素の位置に依存しており、前記共振器制御装置(108a)が前記MEMS要素の位置を制御することによって前記光共振器の前記共振器長(L)を制御できること、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス(111)を放出するように構成されていること、
前記共振器制御装置(108a)が、時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルス(111)に含まれるように、前記MEMS要素の位置を調整することによって前記光共振器長(L)を調整するように構成されていること(たとえば光子エミッタ(106)から前記光共振器内への光子の放出中に前記MEMS要素の位置を調整するように構成されていること)、
前記分散媒質(114)が、前記第1の光パルス(111)を受信し、受信した前記第1の光パルス(111)を、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス(112)として再放出するように構成されていること、ならびに
前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いことを特徴とする、光パルスシステムが提供される。

0070

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、
波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)と、分散媒質(114)とを備え、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、
該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムからの互いに波長の異なる光子の放出を可能とするための、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)と、
前記光共振器内に光子を放出する光子エミッタ(106)(たとえば利得媒質など)と、
前記光共振器(104)の前記共振器長(L)を制御するように構成された共振器制御装置(108a)(たとえば波形発生器など)とを備えること、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス(111)を放出するように構成されていること、
前記共振器制御装置(108a)が、(たとえば光共振器長に対応するような)時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルス(111)に含まれるように、前記光共振器長(L)を調整するように構成されていること、
前記分散媒質(114)が、前記第1の光パルス(111)を受信し、受信した前記第1の光パルス(111)を、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス(112)として再放出するように構成されていること、ならびに
前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いことを特徴とする、光パルスシステムが提供される。

0071

「圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステム(100)」は、通常、圧縮光パルスを発生させるためのシステムであると解してもよい。

0072

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、
共振器制御装置(108a)を備え、
前記共振器制御装置(108a)が、光共振器の一端において境界を形成している鏡を移動させ、該鏡の移動により生じたドップラーシフトによって、光パルス(たとえば第1の光パルスなど)に含まれるいくつかの光成分(たとえば第1の光パルスに含まれるいくつかの光成分のみ)の波長を変化させるように(たとえば有意に変化させるように(たとえば基準波長に対して少なくとも1%変化させるように)構成されており、
このようにして前記共振器制御装置(108a)が、MEMS要素の位置を調整することによって(たとえば光子エミッタ(106)から光共振器内への光子の放出中にMEMS要素の位置を調整することによって)光共振器長(L)を調整し、その結果、時間的に分離した異なる波長の光子を含む第1の光パルス(111)が得られることを特徴とする光パルスシステムが提供される。
この実施形態の利点としては、ドップラーシフトによって、第1の光パルスに含まれる様々な光成分の光子が互いにコヒーレントになることが挙げられる。

0073

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、第1の光パルスに含まれる時間的に分離した波長の異なる光子が互いにコヒーレントであることを特徴とする光パルスシステムが提供される。

0074

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、連続関数で表すことのできるスペクトル分布を有する第1の光パルスを放出するように構成された光パルスシステムが提供される。

0075

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、連続関数で表すことのできるスペクトル分布を有する光パルスを光共振器から放出するように構成された光パルスシステムが提供される。

0076

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、連続関数で表すことのできる(連続関数で表される)時間分割スペクトル分布を有する第1の光パルスを放出するように構成された光パルスシステムが提供される。

0077

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、連続関数で表すことのできる(連続関数で表される)時間分解スペクトル分布を有する光パルスを光共振器から放出するように構成された光パルスシステムが提供される。

0078

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、光共振器がマイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の内部に光子エミッタが設けられていることを特徴とする光パルスシステムが提供される。

0079

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、光共振器がマイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の長さが基準波長の1倍を超え10倍未満であることを特徴とする光パルスシステムが提供される。

0080

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、光共振器(104)がMEMS要素を含み、該MEMS要素の位置が調整可能であること、および該光共振器(104)の共振器長(L)がMEMS要素の位置に依存しており、共振器制御装置(108a)がMEMS要素の位置を制御することによって光共振器の共振器長(L)を制御できることを特徴とする光パルスシステムが提供される。

0081

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が光増幅器(116)(たとえば光共振器と分散媒質との間の光路に設けられた光増幅器や、光共振器と分散媒質との間の光路に設けられた半導体光増幅器など)をさらに備える光パルスシステムが提供される。光増幅器が設けられていると、光共振器から放出された光パルスの増幅および/または形状制御を行うことが可能となり、それによって第1の光パルスの形状を制御することができるため、有利であると考えられる。

0082

「光増幅器」は、通常、光パルスを増幅および/または形状制御することができる素子であると解してもよい。様々な実施形態において、光増幅器は、コヒーレントに(位相を保持しながら)光学場を増幅することができ、それよって光学場の振幅を変化させることができる。光増幅器は、励起原子からの誘導放出を利用して機能することができる。光増幅器は、マイクロ共振器レーザーの出力(たとえば該光共振器から放出されるパルスの出力)を大幅に超えてシステムの出力を(たとえば20dBまたは30dBにまで)増加することができる。実施形態によっては、光増幅器は、システムの出力を低減および/または増加させることがあると解してもよい。一実施形態では、光増幅器は、一定時間にわたり伝送を完全に「ターンオフ」(たとえば30dBを超えて抑制)することがある。光増幅器が励起機構に対して早い応答を有する場合(たとえば半導体光増幅器など)、光共振器から放出されるパルスの時間的強度特性を制御するために使用してもよい。このような用途には、たとえばパルスの長さおよび形状を変化させることが含まれ、たとえば、マイクロ共振器レーザーから放出されたパルスを一部消滅させることが含まれる。光増幅器の例としては、THORLABS社製の光増幅器、たとえば、品番BOA1004P、BOA1132P、BOA1137P(2013年10月時点)の光増幅器が挙げられる。典型的な一実施形態では、速度の速い光増幅器が提供され、たとえば速い変調が可能な速度の速い光増幅器が提供され、たとえば通常は速度を制限するために使用される電流安定化用キャパシタを備えていない可変ゲインの光増幅器が提供される。光増幅器の他の例としては、品番BOA1004PXS(2013年10月時点)のTHORLABS社製光増幅器が挙げられる。

0083

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、光子エミッタ(106)からの光子の放出を時間的に変化させることによって(たとえば、光子エミッタ制御装置(108b)から光子エミッタに供給される電力を時間的に変化させることによって、かつ/または光子エミッタへの光子(たとえば高エネルギー光子など)の供給を時間的に変化させることによって)、第1の光パルス(111)の形状を第1の形状(121)とすることができることを特徴とする、光パルスシステムが提供される。

0084

一実施形態では、光子エミッタを使用して、第1の光パルスの時間強度波形を制御してもよい。

0085

一実施形態では、(第1の光パルスが由来するパルスが放出される際、たとえば第1の光パルスが由来するパルスの放出中に)光子エミッタは、発振閾値を超えた状態で維持される。この態様の利点としては、コヒーレンスを維持できることが挙げられる。

0086

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、光増幅器(116)による増幅を時間的に変化させることによって(たとえば光増幅器制御装置(108c)から光増幅器に供給される信号を時間的に変化させることによって、かつ/または光子エミッタからの光子の放出を時間的に変化させることによって)、第1の光パルス(111)の形状を第1の形状(121)とすることができることを特徴とする、光パルスシステムが提供される。

0087

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、光共振器(104)および光子エミッタ(106)が、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)、面内発光マイクロ共振器レーザー、または端面発光レーザーのいずれかであることを特徴とする、光パルスシステムが提供される。

0088

一実施形態では、光共振器はリニア共振器であり、たとえば、放出光の波長が、鏡と鏡の間の往復距離を整数で除した値と比例するファブリーペロー型共振器などが挙げられる。このような共振器を使用する利点としては、ドップラー効果を調整機構として使用できるようになることが挙げられる。

0089

一実施形態では、光共振器の長さは、基準波長の1000倍未満であり、たとえば基準波長の100倍未満、たとえば基準波長の50倍未満、たとえば基準波長の25倍未満、たとえば基準波長の10倍未満、たとえば基準波長の5倍の未満である。このような長さの短い光共振器を備える利点としては、調整効率が比較的高くなり、広い自由スペクトル領域を得ることが可能になるということが挙げられる。このような短い光共振器長を備える一実施形態では、光共振器はリニア光共振器である。

0090

VCSELを使用する場合の利点としては、比較的簡便に実施できることが挙げられる。別の利点としては、高いコヒーレンスを得ることが可能になることが挙げられる。

0091

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、
分散媒質の分散特性に基づいた第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を有する第1の光パルス(111)を放出するように波長可変マイクロ共振器レーザーシステムが構成されている光パルスシステムが提供される。

0092

この実施形態の利点としては、分散媒質の分散特性に応じて第1の光パルスを適合させることが可能となり、それによって分散媒質の様々な分散特性に応じて様々な第1の光パルスを提供することが可能になることが挙げられる。このような態様は、たとえば、(分散媒質の分散特性が変化するような場合であっても)圧縮光パルスの特性を一定に保つこと、および/または圧縮光パルスの特性を最適化することに有利であると考えられる。

0093

「分散媒質の分散特性に基づいた」とは、第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布が、分散媒質の分散特性または分散媒質の分散特性を示す情報に依存すること(たとえば、これらに左右されること)であると解してもよい。

0094

「分散媒質の分散特性」は、光の周波数fの関数としての、分散媒質の屈折率nに関する情報(たとえばn=n(f))であると解してもよく、あるいは光波の波長の関数としての、分散媒質の屈折率nに関する情報(たとえばn=n(λ))であると解してもよい。分散媒質の屈折率の波長への依存性は、様々な実施形態において、分散媒質のアッベ数、またはコーシーの式やセルマイヤーの式などの実験式係数より定量することができる。さらに、分散媒質の屈折率nに関する情報には、分散媒質の屈折率の波長への依存性に関する情報と分散媒質の長さの情報とが含まれることがあると解してもよい。

0095

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、分散媒質の分散特性に適合させた第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を有する第1の光パルス(111)を放出するように波長可変マイクロ共振器レーザーシステムが構成されていることを特徴とする光パルスシステムが提供される。

0096

「分散媒質の分散特性に適合させた」とは、圧縮光パルス(分散媒質を通して伝送された第1の光パルスに相当するものと解してもよい)を所定の基準に対して最適化できるような第1の光パルスを得ることと解してもよい。典型的な実施形態では、所定の基準とは、たとえば圧縮光パルスの時間的な圧縮、たとえば圧縮光パルスの時間的な最大圧縮であってもよい。

0097

分散媒質の分散特性に適合させた「第1の形状および/または第1のスペクトル分布」を得るためには、所定の基準に対して実際的な最適化(たとえば最大圧縮の達成)のために精密な調整が必要とされることがあると解してもよい。様々な典型的な実施形態では、第1の光パルスは、特定の形状を有するようにその形状が制御されてもよく、短時間に続けて放出された複数のパルスと類似した形状であってもよい。

0098

このような態様は、分散媒質の分散特性に第1の光パルスの特性を適合させることによって、圧縮光パルスの特性を最適化できるという点で有利であると考えられる。

0099

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、
分散媒質(114)の分散特性に適合させた第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を有する第1の光パルス(111)を放出するように波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が構成されており、このような第1の光パルスを得ることによって、圧縮光パルスを所定の基準に対して最適化することを特徴とする、光パルスシステムが提供される。「分散媒質の分散特性に適合させた」とは、圧縮光パルスを所定の基準に対して最適化することができるような第1の光パルスを得ることができるように、分散媒質の分散特性に応じて第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を変更することであると解してもよい。

0100

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、分散媒質の分散特性を示す情報を包含および/または受信するように波長可変マイクロ共振器レーザーシステムが構成されていることを特徴とする、光パルスシステムが提供される。「情報を包含するように構成された」前記光パルスシステムは、情報を保存するための物理的媒体を備えていてもよいと解することができ、このような物理的媒体としては、コンピュータ可読記録媒体が挙げられ、たとえば磁気記録媒体、たとえばハードディスクドライブ(HDD)またはソリッドステートドライブSSD)、または光記録媒体などが挙げられる。「情報を受信するように構成された」前記光パルスシステムは、データインターフェースを備えていてもよいと解することができ、データインターフェースとしては、たとえば、USBポートまたはワイヤレスインターフェィスなどが挙げられる。

0101

一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、
分散媒質の分散特性を示す情報を包含するように構成されたコンピュータ可読記録媒体、および/または
分散媒質の分散特性を示す情報を受信するように構成されたデータインターフェース
を備える、光パルスシステムが提供される。

0102

一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、
分散媒質の分散特性を示す情報を包含するように構成されたコンピュータ可読記録媒体、および/または
分散媒質の分散特性を示す情報を受信するように構成されたデータインターフェースを備え、
波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、分散特性を示す情報に基づいて分散媒質(114)の分散特性に適合させた第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を有する第1の光パルス(111)を放出するように構成されており、このような第1の光パルスを得ることによって、圧縮光パルスを所定の基準に対して最適化することを特徴とする、
光パルスシステムが提供される。
この実施形態によれば、波長可変マイクロ共振器レーザーシステムは、分散媒質の分散特性に基づいて動作するように構成されていてもよく、第1の光パルスの第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を該分散媒質の分散特性に適合させることができると解してもよい。このような態様であれば、特定の分散媒質に対して第1の光パルスを(たとえば反復的かつ/または連続的に)最適化することができるという点で有利である。

0103

このような態様は、分散媒質の分散特性に基づいた(たとえば分散媒質の分散特性に適合させた)第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を有する第1の光パルスを放出できるという点で有利であると考えられる。さらに、このような態様は、たとえばASICおよび/またはラップトップを使用することによって、ユーザーパラメータを調整できるという点で有利であると考えられる。

0104

一実施形態では、波長可変マイクロ共振器レーザーシステムは、さらに、第1の光パルスを分散媒質の分散特性に適合させることができるように構成される。

0105

分散媒質の特性は、波長の関数としての分散特性および/または分散媒質の長さであると解してもよい。

0106

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、圧縮光パルスの特性を示す情報を包含および/または受信するように波長可変マイクロ共振器レーザーシステムが構成されていることを特徴とする、光パルスシステムが提供される。さらなる一実施形態では、波長可変マイクロ共振器レーザーシステムは、さらに、圧縮光パルスに関する情報に基づいて第1の光パルスを適合できるように構成される。

0107

この実施形態の利点としては、フィードバックシステムを設けることが可能となり、それによって、第1の光パルスを適合させ、圧縮光パルスの特性を向上することができることが挙げられる。

0108

別の一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、
圧縮光パルスの1以上の特性を示すフィードバック情報を波長可変マイクロ共振器レーザーシステムに提供するフィードバックシステムをさらに備え、
該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムが、前記フィードバック情報に基づいた特性を有する2発目の第1の光パルスを放出するように構成されていることを特徴とする、光パルスシステムが提供される。

0109

一実施形態では、前記フィードバックシステムは、圧縮光パルスのピーク効果を測定する検出器を備えていてもよく、このような検出器としては、2光子検出器および平均パワー測定用検出器などが挙げられる。一実施形態では、前記フィードバックシステムはフィードバックループを備えていてもよく、たとえばPID制御に依拠するフィードバックループなどを備えていてもよい。

0110

一実施形態では、2発目の第1の光パルスは、1以上の波長掃引速度および波長持続時間に関して、先に放出された第1の光パルスから変更されてもよい。

0111

「波長掃引速度」は、第1の光パルスに含まれる波長が変更される速度であると解してもよい。第1の光パルスに含まれる波長は、光共振器長(L)を調整することによって変化させてもよく、その結果、(たとえば光共振器長に対応するような)時間的に分離した波長の異なる光子が第1の光パルスに含まれる。(当業者であれば、波長が光共振器長に対応することを容易に理解するであろう。(たとえば、波長は、「光共振器長」を整数で除したものの2倍に相当する。))波長掃引速度は、単位時間当たりの波長(たとえばnm/s)を変化させることによって測定することができると解してもよい。光共振器の長さを調整する速度(たとえば、単位時間当たりの光共振器長の変化)と波長掃引速度(たとえば、単位時間当たりの波長の変化)は、必ずしも一致しないと解してもよい。たとえば、長さNを有する多波長長尺共振器(たとえば、2×共振器長=N×λ(ここで、λは基準波長、Nは>1の整数))の場合、いわゆる調整効率は1/Nであり、波長掃引速度は「光共振器の長さを調整する速度」/Nである。

0112

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、MEMS要素のQ値が10〜臨界減衰の範囲内であることを特徴とする光パルスシステムが提供される。

0113

Q値が小さいことによる利点としては、MEMS要素の移動を制御することが可能となり、その結果、第1の光パルスの特性を制御することが可能となり、ひいては、圧縮光パルスの特性を決定することが可能となることが挙げられる。Q値が小さいことによるさらなる利点としては、整定時間を短縮することができ、すなわちリンギングを避けることが可能となることが挙げられる。

0114

一実施形態では、MEMS要素のQ値は、100未満であり、たとえば75未満であり、たとえば50未満であり、たとえば25未満であり、たとえば20未満であり、たとえば15未満であり、たとえば10未満であり、たとえば5未満であり、たとえば1未満であり、たとえば0.1未満である。一実施形態では、MEMS要素は臨界減衰を起こす。

0115

別の一実施形態では、基準波長λの光子を放出するように構成された波長可変光子源であって、第1の鏡と第2の鏡との間の光路長(OPL)がλの5倍(5×λ0)未満であり、たとえばλの2.5倍(2.5×λ0)未満、たとえばλの1.5倍(1.5×λ0)未満であることを特徴とする波長可変光子源が提供される。OPLが小さいことによる利点としては、自由スペクトル領域を比較的さらに広くすることが可能となり、かつ/または調整効率を増大することが可能になることが考えられる。

0116

一実施形態では、電気的に励起を行った場合の共振器長は、λの4倍(4×λ0)未満であり、たとえばλの2倍(2×λ0)未満である。一実施形態では、電気的に励起を行った場合の共振器長は、λの3.5倍(3.5×λ0)未満であり、たとえばλの2.5倍(2.5×λ0)未満、たとえばλの1.5倍(1.5×λ0)未満である。

0117

別の一実施形態では、波長可変光子源であって、第1の鏡(たとえばMEMS要素など)の共振周波数が0.1MHzよりも高く、たとえば0.5MHzよりも高く、たとえば1MHzよりも高く、たとえば5MHzよりも高く、たとえば10MHzよりも高く、たとえば50MHzよりも高く、たとえば100MHzよりも高いことを特徴とする波長可変光子源が提供される。このような比較的高い共振周波数であると、このような比較的高い周波数において、比較的大きい振幅および比較的少ない消費電力で第1の鏡を駆動(すなわち移動)することが可能になるという利点がある。

0118

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、
圧縮光パルス(たとえば分散媒質から放出された直後の圧縮光パルスなど)のピークパワーを圧縮光パルスの平均パワーで除することにより第1の比率を求めること、
第1の光パルス(たとえば分散媒質に入射する直前の第1の光パルスなど)のピークパワーを第1の光パルスの平均パワーで除することにより第2の比率を求めること、および
第1の比率が第2の比率の少なくとも10倍であること、たとえば第2の比率の少なくとも50倍であること、たとえば第2の比率の少なくとも100倍であること、たとえば第2の比率の少なくとも500倍であること、たとえば第2の比率の少なくとも1000(1e3)倍であること、たとえば第2の比率の少なくとも5000(5e3)倍であること、たとえば第2の比率の少なくとも10000(1e4)倍であること、たとえば第2の比率の少なくとも50000(5e4)倍であること、たとえば第2の比率の少なくとも100000(1e5)倍であること、たとえば第2の比率の少なくとも500000(5e5)倍であること、たとえば第2の比率の少なくとも550000(5.5e5)倍であること、たとえば第2の比率の少なくとも570000(5.7e5)倍であること、たとえば第2の比率の570000(5.7e5)倍であることを特徴とする、光パルスシステムが提供される。

0119

このような態様は、比較的長い時間幅に広がった比較的強度の低い光パルスを、比較的短い時間幅を持つ比較的強度の高い光パルスに圧縮することができるという点で有利であると考えられる。

0120

一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための前記光パルスシステムは、複数の第1の光パルスと、これらのパルスに対応する複数の圧縮光パルスを発生させるように構成され、この態様において、たとえば、それぞれの第1の光パルスは1つの圧縮光パルスに対応しており、たとえば、第1の光パルスおよび圧縮光パルスは周期的に放出される。さらなる一実施形態では、分散媒質に入射する直前のデューティ比は、分散媒質から放出された直後のデューティ比の少なくとも10倍であり、たとえば散媒質から放出された直後のデューティ比の少なくとも50倍であり、たとえば少なくとも100倍であり、たとえば少なくとも500倍であり、たとえば少なくとも1000倍であり、たとえば少なくとも5000倍であり、たとえば少なくとも10000倍であり、たとえば少なくとも50000倍であり、たとえば少なくとも100000倍である。「デューティ比」は、光が放出される時間のある時間全体に対する割合、すなわち、システムが活動状態にあるときの時間のある時間全体に対する割合であると解される。したがって、複数の光パルスのデューティ比は、パルス幅を各パルス間の時間で除したものとして算出される。

0121

圧縮光パルスを発生させるための前記光パルスシステムは、「時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長を調整する工程」を繰り返し行うことによって複数の第1の光パルスが発生されるように構成してもよいと解してもよい。複数の第1の光パルスをこのようにして発生させる場合、第1の光パルスを放出する間隔は、一定であってもよく、一定でなくてもよい。複数の第1の光パルスを前記のように発生させる場合、第1の光パルスを放出する間隔は、少なくとも1ナノ秒であってもよく、たとえば5ナノ秒〜10000ナノ秒の範囲であってもよい。複数の第1の光パルスを前記のように発生させる場合、第1の光パルスを放出する間隔は、電気的に制御してもよく、光共振器長を制御する任意の波形発生器を介して電気的に制御してもよい。複数の第1の光パルスを前記のように発生させる場合、これらの第1の光パルスは互いに類似していてもよく、類似していなくてもよい。複数の第1の光パルスを前記のように発生させる場合、1以上の第1の光パルスはパルスパッケージを含んでいてもよい。

0122

一実施形態では、圧縮光パルスのパルス幅は1ピコ秒未満であり、たとえば500fs未満、たとえば250fs未満、たとえば100fs未満、たとえば50fs未満である。

0123

一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための前記光パルスシステムは、パルスパッケージを含む第1の光パルスを発生させるように構成されており、単一の第1の光パルスが単一の圧縮光パルスまたはパルスパッケージを含む圧縮光パルスに対応する。

0124

一実施形態では、圧縮光パルスを発生させるための前記光パルスシステムは、パルスパッケージを含む圧縮光パルスを発生させるように構成されており、たとえば、該システムは、単一の第1の光パルスまたはパルスパッケージを含む第1の光パルスと、第1のパルスに対応し、パルスパッケージを含む圧縮光パルスとを発生させるように構成されている。この実施形態の利点としては、ポンプ-プローブ実験を容易に実施できることが挙げられ、たとえば、1つの工程において、第1の光パルスを2つの光パルス(圧縮光パルスのパルスパッケージに含まれるパルス)に分割し、次いで2つのパルスのうち一方を遅延させる1ステップ法を容易に実施できることが挙げられ、すなわち、分散媒質を通した伝送が容易となる。別の利点としては、圧縮光パルスのパルスパッケージに含まれるパルスの間隔を変化させることが可能であることが挙げられる。

0125

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、
波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)から様々な光子が放出され、比較的短い波長を有する光子が放出される前に比較的長い波長を有する光子が放出されるように、該光パルスシステム(100)が構成されており、分散媒質(114)が正常分散を示すこと、または、
波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)から様々な光子が放出され、比較的長い波長を有する光子が放出される前に比較的短い波長を有する光子が放出されるように、該光パルスシステム(100)が構成されており、分散媒質(114)が異常分散を示すこと
を特徴とする光パルスシステム(100)が提供される。

0126

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、分散媒質(114)が、
ファイバ(たとえば分散補償ファイバなど)、
回折格子対
プリズム対、および
分散型チャープファイバブラッググレーティング
を含む群から選択されることを特徴とする、光パルスシステムが提供される。

0127

別の一実施形態では、圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、
波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)と、分散媒質とを備え、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、
該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムからの互いに波長の異なる光子の放出を可能とするための、調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)と、
前記光共振器内に光子を放出する光子エミッタ(106)(たとえば利得媒質など)と、
前記光共振器の前記共振器長を制御するように構成された共振器制御装置(108a)(たとえば波形発生器など)とを備えること、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステムが、第1の時間幅を有する第1の光パルスを放出するように構成されていること、
前記共振器制御装置が、(たとえば光共振器長に対応するような)時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように、前記光共振器長を調整するように構成されていること、
前記分散媒質が、前記第1の光パルスを受信し、受信した前記第1の光パルスを、第2の時間幅を有する圧縮光パルスとして再放出するように構成されていること、ならびに
前記第2の時間幅が前記第1の時間幅よりも狭いことを特徴とする、光パルスシステムが提供される。

0128

本実施形態によれば、光共振器は、たとえば、機械的かつ/または電気光学的に調整可能な長さを有していてもよい。

0129

本発明の第3の態様によれば、多光子分光法材料加工(第2の態様による、半導体光増幅器(SOA)をさらに備えた光パルスシステムを使用した材料加工)、フェムト秒化学、(ジッタ特性による)サンプリングシステム、およびテラヘルツ(THz)波の発生のいずれかのための、第1の態様による圧縮光パルスの発生方法および/または第2の態様による光パルスシステムの使用が提供される。

0130

「フェムト秒化学」は、フェムト秒(10−15秒)の時間スケールにおいて化学結合破壊や化学結合の形成を試験するための、前記システムの使用であると解してもよく、このような試験としては、たとえば化学反応過程スナップショットの記録、たとえば反応物生成物との間の遷移状態ストロボショットなどが挙げられる。

0131

「サンプリングシステム」は、試験対象調査するための、前記システムの使用であると解してもよい。これは、光ゲートに信号をオーバーラップし、この信号全体のパルスを走査することによって高時間分解能マッピング可能な繰り返し電気信号または繰り返し光信号であってもよい。ポンプ-プローブ分光法もこのような試験に含まれる。

0132

「テラヘルツ(THz)波の発生」は、ミリ波帯高周波数端(300GHz(3×1011Hz))と遠赤外線帯の低周波数端(3000GHz(3×1012Hz))との間の周波数を有する電磁波を発生させるための、前記システムの使用であると解してもよい。

0133

一実施形態では、前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステムは、波長可変光子源を備えていてもよく、
該波長可変光子源が、
第1の鏡を含む第1の素子と、
第2の鏡を含む第2の素子と、
光子エミッタを含む第3の素子とを備えること、
前記第1の素子、前記第2の素子および前記第3の素子が、
i.第1の鏡と第2の鏡が光共振器の少なくとも一部を規定し、かつ
ii.前記光子エミッタが前記光共振器の内部に配置されるように、
配置されること、
前記第1の鏡が可動であること(たとえば第2の鏡の位置を基準に移動可能であること)、ならびに
前記波長可変光子源が、第1の鏡を移動させて前記光共振器の長さを制御できるように(たとえば前記第1の鏡を移動させて前記光共振器の共振器長を変更するように)構成された共振器制御装置(108a)(たとえば前記第1の素子に電気的にアクセスする手段(たとえば前記第1の鏡を静電気的に移動させる手段など)を含む共振器制御装置)をさらに備えることを特徴とする。

0134

「波長可変光子源」は、光子の波長を制御可能に調整できる光子源であると解される。本明細書において「波長可変光子源」という用語は、「波長可変マイクロ共振器レーザーシステム」と同じ意味で使用することができる。

0135

「第1の素子」は、第1の鏡を含む構造素子であると解してもよい。

0136

「第1の鏡」は、光共振器内において鏡面を規定することができる鏡であると解してもよい。第1の鏡は可動であり、たとえば第2の鏡の位置を基準に第1の鏡を移動させたり、たとえば光共振器の共振器長を変化させるために第1の鏡を移動することができると解される。

0137

第1の素子と第1の鏡とは強固に接合されていてもよく、第1の素子を移動させることによって必然的に第1の鏡が移動し、またその逆に第1の鏡を移動させることによって必然的に第1の素子が移動すると解してもよい。

0138

第1の素子および/または第1の鏡は、MEMS要素の少なくとも一部を形成していてもよいと解してもよい。

0139

特定の一実施形態では、第1の素子は、高屈折率サブ波長回折格子HCG)がパターン形成されたsilicon-on-insulator(SOI基板により形成されていてもよく、また、埋め込みHCGを備えていてもよく、たとえばWO2012/0149497A2(この文献の内容はすべて参照により本明細書に組み込まれる)に記載されているような、スペーシング層と別のスペーシング層との間に下部の反射鏡として設けられた埋め込みHCGなどを備えていてもよい。

0140

「第2の素子」は、第2の鏡を含む構造素子であると解してもよい。

0141

「第2の鏡」は、光共振器内において鏡面を規定することができる鏡であると解してもよい。いくつかの実施形態では、第2の素子は、実質的に第2の鏡で構成され、たとえば第2の鏡からなり、たとえば第2の素子は第2の鏡であり、たとえば別の素子上に蒸着された第2の鏡であり、たとえば第3の素子上に蒸着された第2の鏡である。

0142

典型的な実施形態において、第1の鏡および/または第2の鏡のいずれかは、分布ブラッグ反射器またはHCGを備えていてもよい。他の様々な実施形態において、第1の鏡および/または第2の鏡は、金属鏡および/または高反射高偏光選択性回折格子(GIRO回折格子)のいずれかを備えていてもよい(GIRO回折格子については、“First demonstration of highly reflective and highly polarization selective diffraction gratings (GIRO-gratings) for long wavelengthVCSELs”, Goeman S., et al., Photonics Technology Letters,IEEE (Volume:10, Issue: 9), Sept. 1998, Page(s): 1205-1207(この文献の内容はすべて参照により本明細書に組み込まれる)を参照されたい)。様々なタイプの鏡の組合せも本発明の範囲に包含される。特定の一実施形態では、第2の素子は、WO2012/0149497A2(この文献の内容はすべて参照により本明細書に組み込まれる)に記載されているような、上部反射鏡(すなわち第2の鏡)および該上部反射鏡の直下に設けられた活性領域(すなわち光子エミッタ)を備える半VCSELレーザーヘテロ構造の第3の素子と一体化されていてもよい。

0143

「第3の素子」は、光子エミッタを含む構造素子であると解してもよい。「第3の素子」は、製造業者から購入してもよく、たとえば、エピタキシャルウェハ製造業者からIII-V族半導体エピタキシャルウェハを購入してもよい。

0144

「光子エミッタを光共振器の内部に配置する」(たとえば光子エミッタを光共振器の内部に配置することを含む前記方法など)とは、光子エミッタから光子を直接共振器内へ(たとえば直接共振器モード内へ)放出できるように光子エミッタを配置することであると解される。光子エミッタを共振器内に配置することによって、共振器へと入射する光子の損失の可能性を排除することができる。さらに、光子エミッタがレーザー活性媒質である場合、レーザーを得ることができる。

0145

「第1の素子に電気的にアクセスする手段」とは、静電駆動のために設けられた電極への電気的接続圧電素子への電気的接続(この場合、圧電素子は、第1の素子を機械的に駆動するように構成されている)、または熱的駆動を可能とする電気的接続(たとえば抵抗加熱により第1の素子の少なくとも一部を加熱することが可能なバイモルフ抵抗素子への電気的接続など)であると解してもよい。

0146

別の一実施形態では、内部体積を規定する第3の素子の表面の少なくとも一部に反射防止(AR)コーティングを施すことを含む方法が提供される。これに同様に、一実施形態では、内部体積を規定する第3の素子の表面の少なくとも一部に反射防止(AR)コーティングが施される。反射防止(AR)コーティングは、当技術分野において公知であり、たとえば、TiO2/SiO2、Al2O3、SiON、BCBのいずれかを含んでいてもよい。一実施形態では、ARコーティングは、酸窒化ケイ素などの誘電体コーティングである。一実施形態では、ARコーティングは、該ARコーティングで被覆された素子の屈折率の平方根に実質的に等しい屈折率を有する。

0147

一実施形態では、反射防止コーティング(ARコーティング)の基準波長に対する反射率は、10%未満であり、たとえば5%未満、たとえば2%未満、たとえば1%未満である。

0148

一実施形態では、たとえば第1の鏡および第2の鏡により規定される光共振器がその内部にさらなる鏡を含む場合などにおいて、内部体積を規定する第3の素子の表面の少なくとも一部(たとえば表面全体)には反射防止コーティングが施されない。

0149

一実施形態では、電気的に励起される波長可変光子源が提供され、たとえば電気的励起手段(たとえば電極など)を備える波長可変光子源が提供される。電気的励起を行うことの利点としては、電気的励起を行うための構造(たとえばpn接合に接続された電極など)を提供しさえすれば、電流を供給するだけで励起を行うことができることが挙げられ、このような態様は、たとえば光学的励起の場合に光子を供給することに比べて比較的簡便であると考えられる。

0150

一実施形態では、光学的に励起される波長可変光子源が提供され、たとえば光学的励起手段(たとえばポンプ光源、たとえばポンプレーザーなど)を備える波長可変光子源が提供される。ポンプ光源は、基準波長よりも狭い波長を有する光を放出してもよい。光学的励起を行うことの利点としては、たとえば、電気的励起の場合とは異なり、電極を設ける必要がないため、波長可変光子源の構造を比較的単純なものとすることができることが挙げられる。

0151

別の一実施形態では、波長可変光子源であって、第1の鏡を移動可能とする手段が電極(たとえば一連の電極など)を備え、該電極が第1の素子と自体との電場を維持し、それによって第1の素子を移動させる(たとえば、第1の素子を、第2の鏡に向かっていく方向または第2の鏡から遠ざかる方向に移動させる)ことを特徴とする波長可変光子源が提供される。前記電極は、波長可変光子源の外部から電気的にアクセス可能であってもよく、静電駆動を介した第1の素子の移動が前記電場によって可能となるように前記電極が構成されていてもよい。この実施形態の利点としては、単純だが効率的な方法で第1の素子を移動させることが可能になることが挙げられる。一実施形態では、第1の素子が第2の鏡から遠ざかるように移動するように(たとえば動的または静的に移動するように)前記電極を構成する。

0152

別の一実施形態では、第1の素子が第2の鏡から遠ざかる方向に移動するように電場が構成された波長可変光子源が提供される。この態様の利点としては、いわゆる引き込み現象緩和できることが挙げられる。

0153

別の一実施形態では、波長可変光子源であって、光子エミッタがレーザー利得媒質であること、および該波長可変光子源がレーザー光を放出できるように構成されていることを特徴とする波長可変光子源が提供される。一実施形態では、前記波長可変光子源は波長可変レーザーである。レーザーは、当技術分野において公知である。

0154

別の一実施形態では、第1の鏡が高屈折率差回折格子(HCG)を備えることを特徴とする波長可変光子源が提供される。別の一実施形態では、光共振器が少なくとも1つの反射防止コーティングを備えることを特徴とする波長可変光子源が提供される。

0155

「基準波長」(ラムダ(λ0))は、光子源の動作波長帯域の中心波長であると解してもよく、たとえば波長に対してプロットしたレーザーパワーにおいて最大強度を示す波長であり、たとえば通常の使用時において最大強度を示す波長、たとえば第1の鏡が非動作位置にあるときの波長である。したがって、動作波長帯域の中心波長は、第1の鏡が非動作位置にあるときに最大強度を示す波長であると解してもよい。基準波長は、通常および/または典型的な様々な実施形態においては、1μmオーダーであってもよく、たとえば100nm〜10μmの範囲内、たとえば350nm〜5.5μmの範囲内、たとえば800nm〜3μmの範囲内、たとえば350nm、たとえば800nm、たとえば1μm、たとえば1.3μm、たとえば1.5μm、たとえば2μm、たとえば3μm、たとえば5.5μm、たとえば10μmである。

0156

別の一実施形態では、基準波長からの調整範囲が1%よりも大きい波長可変光子源が提供され、該調整範囲は、たとえば2%よりも大きく、たとえば3%よりも大きく、たとえば4%よりも大きく、たとえば5%よりも大きく、たとえば7.5%よりも大きく、たとえば10%よりも大きく、たとえば12.5%よりも大きく、たとえば15%よりも大きい。このような比較的広い調整範囲であると、光子源をより広い波長領域に適用できると考えられる。一実施形態では、10%よりも大きい調整範囲を有し、光学的に励起される光子源が提供され、該調整範囲は、たとえば12.5%よりも大きく、たとえば15%よりも大きい。一実施形態では、5%よりも大きい調整範囲を有し、電気的に励起される光子源が提供され、該調整範囲は、たとえば6.5%よりも大きく、たとえば7.5%よりも大きく、たとえば10%よりも大きい。

0157

一実施形態では、光子エミッタを電気的に励起するための電流源および/または光子エミッタを光学的に励起するための光源も提供される。一実施形態では、第1の態様および/または第2の態様に係る波長可変光子源は、電気的励起を行うための電流源および/または光学的励起を行うための光源を含む。

0158

本発明の第1、第2および第3の態様は、それぞれ他の態様と組み合わせることができる。本発明のこれらの態様および他の態様は、以下に述べる様々な実施形態から明らかであり、また、以下の実施形態を参照することによって明らかにされるであろう。

0159

添付の図面を参照しながら、本発明に係る波長可変光子源についてさらに詳細に説明する。添付の図面は、本発明を実施するための一形態を示すものであり、添付の特許請求の範囲内における他の可能な実施形態を限定するものではない。

図面の簡単な説明

0160

圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムを示す。
圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムを示す。
本発明の実施形態の一例を示す。
典型的な光共振器を示す。

実施例

0161

図1は、圧縮光パルス112を発生させるための光パルスシステム100であって、
波長可変マイクロ共振器レーザーシステム102と分散媒質114とを備え、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム102が、
該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムからの互いに波長の異なる光子の放出を可能とするための、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器104と、
前記光共振器内に光子を放出する光子エミッタ106と、
前記光共振器104の前記共振器長(L)を制御するように構成された共振器制御装置108aとを備えること、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム102が、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス111を放出するように構成されていること、
前記共振器制御装置108aが、前記光共振器長(L)を調整するように構成されており、それによって時間的に分離した波長の異なる光子を含む前記第1の光パルス111が得られること、
前記分散媒質114が、前記第1の光パルス111を受信し、受信した第1の光パルスを、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス112として再放出するように構成されていること、および
前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いことを特徴とする、光パルスシステム100を示す。
図1はさらに、第1の素子124、第2の素子126、光共振器内の光子エミッタから放出される光パルス109a、および光共振器内において第2の素子126上の第2の鏡から反射される光パルス109bを示している。光共振器から放出される(光増幅器116を通過する前の)パルス110(第1の光パルス111を生成するパルス)は、形状120および時間幅(T0)を有することが分かる。図1は、さらに、第1の光パルスの第1の形状121、および圧縮光パルスの形状122も示している。光子エミッタ106は、電流源108bに動作可能に接続されている。光増幅器116は、制御ユニット108cに動作可能に接続されている。

0162

図2は、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムを備えた別の光パルスシステムを示し、この光パルスシステムには、光共振器の長さを制御するように構成された共振器制御装置208aが含まれる。共振器制御装置からの信号は正弦波であってもよいが、必ずしも正弦波である必要はなく、任意の波形であってもよいということには注意されたい。光子エミッタは、電流源208bに動作可能に接続されている。光増幅器216は、制御ユニット208cに動作可能に接続されている。光増幅器からの信号は、光パルスの強度を増加するのに適するものであってもよいが、光パルスの強度を低減するものであってもよく、たとえば、パルスの時間中心付近では強度を増加させ、かつ/またはパルスの時間分散部分では強度を低減させる(たとえばパルスの両端のエッジ部を実質的に「カットオフ」する)ものであってもよいということには注意されたい。共振器制御装置208a、電流源208bおよび制御ユニット208cはすべて1つの波形発生器に組み込まれている。図2はさらに、分散補償ファイバである分散素子214も示している。

0163

図3は本発明の典型的な一実施形態を示す。

0164

図3Aは、時間に対してプロットした目標強度実線左軸参照)すなわち所望のパルスを示す。目標強度は、実質的にガウス型の形状を有するパルスに相当し、正規化された最大強度「1」と、100fsの時間幅(FWHM)とを有する。パルスの波長は1550nmで一定しており、波長の変動幅破線で示される。

0165

図3Bは、図3Aに対応する目標スペクトルを示す(実線:左軸参照)。すなわち、波長に対する強度、および図3Aの非チャープパルスではゼロであったパルスの時間シフト(破線:右軸参照)を示す。

0166

したがって、図3Aおよび図3Bには、理想的な圧縮光パルスが具体的にどのようなものであるのかを示す強度およびスペクトルが示されている。したがって、このスペクトルおよび/または強度にできるだけ近似した圧縮パルスを得ることが、所定の基準であると解してもよい。

0167

図3Cは、OFS社(古河電気工業株式会社)製ファイバの分散特性「D」(長さは考慮しておらず、たとえば単位長さ当たりの分散特性などは考慮していない)を示す。
D=(3.62801e-11×(λ/nm)4+2.43016e-5×(λ/nm)3-1.116476e-1×(λ/nm)2+1.69820e2×(λ/nm)-8.58582e4)×ps/(nm×km)

0168

図3Dおよび図3Eは、図3Cに示した特性を有する光ファイバ10000mを通過する前に、図3Aおよび図3Bに示した特性を有するパルスがどのような特性を示すのかを算出した結果を示す。

0169

図3Dは、波長に対する強度(実線:左軸参照)およびパルスの時間シフト(破線:右軸参照)を示す。図に示した光パルスは、連続関数で表すことができるスペクトル分布(波長に対する強度を示す実線を参照されたい)を有することには注意されたい。図に示した光パルスのスペクトル分布が、実質的にゼロ(たとえばゼロ)の強度を有する1以上の波長領域によって隔てられた非ゼロ強度の波長領域を持たない関数で表すことができることには注意されたい。図に示した光パルスが、連続関数で表すことのできる時間分解スペクトル分布(パルスの時間シフトすなわち時間の関数としての波長を示す破線を参照されたい)を有することには注意されたい。

0170

図3Eは、時間に対する強度(実線:左軸参照)およびパルスの波長(破線:右軸参照)を示す。

0171

すなわち、図3Dおよび図3Eに示した特性は、図3Cに示した特性を有する光ファイバ10000mを通過した後に図3Aおよび図3Bに示した特性を奏することができるよう、第1の光パルスが有するべき特性(「目標特性」)と一致するものである。図3Dおよび図3Eに示した「目標特性」は、以下に示す(波長λおよび強度(I)を示す)式にフィッティングさせることができる。
λ(t)/nm=0.0145×(t/ns)9-0.0735×(t/ns)8+0.177×(t/ns)7-0.458×(t/ns)6+1.59×(t/ns)5-5.25×(t/ns)4+19.6×(t/ns)3-67.2×(t/ns)2+605×(t/ns)+1545.27

I(t)=exp(-0.0268×(t/ns)4-0.01×(t/ns)3-0.000621×(t/ns)2+7.66e-06×(t/ns)-6.13e-08)
(この式において、-100ns時間範囲内のデータに対してフィッティングを行った。)

0172

フィッティングを行うことの利点としては、数学的関数(目標特性(すなわち「第1の光パルス」が有するべき特性)を示す滑らかな数学的関数など)を提供することができることが挙げられる。この数学的関数は、たとえば共振器制御装置および/または第1の光パルスの特性に影響を及ぼす他の構成要素に供給してもよく、それによって、第1の光パルスがフィッティングにより得られた特性を獲得することができることから、前記数学的関数は第1の光パルスの発生および/またはシミュレーションに用いることができる。あるいは、「目標パルス」のデータ、すなわち図3Dおよび図3Eに示したパルスの基本的なデータを、たとえば共振器制御装置および/または第1の光パルスの特性に影響を及ぼす他の構成要素に直接(たとえばフィッティングせずに)供給してもよく、それによって、第1の光パルスが「目標パルス」により示される特性を獲得することができる。

0173

図3Fは、図3Eに示した波長変化を得るために、鏡をどのように移動させるべきかを示す。1/3の調整効率(波長変化/共振器長変化)と1000nmのギャップ寸法(一方の鏡から他方のMEMS鏡を遠ざける距離)を想定した。MEMSの静止位置(「静止ギャップ」で示した水平な線で表示)における波長は1530nmである。

0174

図3Gは、静電駆動型MEMSが前記パラメータを有し、MEMS品質係数Q=4、MEMS共振周波数5MHz、鏡面積100μm2、鏡質量69.9pg、および電気抵抗50オームである場合に、図3Fギャップ変化を得るために静電駆動型MEMSに印加すべき繰り返し電圧波形を算出した結果を示す。この範囲の電圧ボルト単位)におけるフィッティングは以下の通りである。
V/V=-0.19731×z8-0.33818×z7+2.1737×z6-1.9488×z5-1.3157×z4+2.0745×z3-4.9645×z2+20.775×z+121.99
(ここで、z=(t/ns-21.186)/45.546である。)

0175

図3H図3Eに対応しており、上記フィッティングを使用したものである。図3Hは、時間幅(FWHM)が約63nsであり、最大強度が1である「第1の光パルス」を示している。

0176

図3Iは、図3Hに対応するスペクトル強度である。

0177

図3Jは、図3Cに示した分散特性を有する10000mのファイバに図3H図3Iのパルスを通過させた後のスペクトルを示す。

0178

図3Kは、図3Jに示したスペクトルに対応するパルスであり、実質的にガウス型の圧縮光パルスを提供できる可能性を示している。このパルスは、ファイバの伝送損失を考慮しない場合、約0.114psの時間幅(FWHM)と、図3Hの最大強度の約5e5倍の最大強度を有する「圧縮光パルス」である(本実施例における伝送損失は約5dBであると考えられ、したがって、ファイバの伝送損失を考慮したとしても、図3Hの最大強度の約1e5倍の最大強度が得られる)。

0179

したがって、図3は、圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムであって、
圧縮光パルスのピークパワーを圧縮光パルスの平均パワーで除することにより第1の比率を求めること、
第1の光パルスのピークパワーを第1の光パルスの平均パワーで除することにより第2の比率を求めること、
第1の比率が第2の比率の5.7e5倍であることを特徴とする、光パルスシステムの一例を示す。

0180

当業者であれば、異なるパラメータに基づいて(たとえば別の分散媒質および/または別の波長に基づいて、たとえば1530nm以外の波長(たとえば1060nmなど)でレーザーを放出するレーザーを使用することによって)、類似の例を提示することができることを容易に理解できるであろうということには注意されたい。

0181

圧縮光パルスを発生させるための光パルスシステムの具体的な例は、MEMS−VCSELで構成することもでき、このような光パルスシステムは、Ansbaek et alIEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics, 19(4), [1702306] (2013) doi:10.1109/JSTQE.2013.2257164(この文献の内容はすべて参照により本明細書に組み込まれる)、またはJayaraman et al Electronics Letters, 48(14) p.867-869 (2012),DOI:10.1049/el.2012.1552(この文献の内容はすべて参照により本明細書に組み込まれる)などの文献に記載されている。このような光パルスシステムにおいては、一方の可動鏡をもう一方の鏡に向かって静電的に引っ張るか、あるいは、図2に示したように、MEMS鏡の両面に設けられた電極のいずれか一方を使用して静電力を印加し、一方の鏡を遠ざけたり近づけたりすることができる。後者の方法を用いる場合、実証されているパラメータ、すなわち、MEMS品質係数Q=4、MEMS共振周波数5MHz(Connie J. Chang-Hasnain et al, IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics, 15(3):869 (2009) doi:10.1109/JSTQE. 2009. 2015195を参照されたい(この文献の内容は参照により本明細書に組み込まれる)、鏡面積100μm2、鏡質量69.9pg、もう一方の鏡からの距離であるギャップ寸法1000nm、抵抗50オーム、調整効率(波長変化/共振器長変化)1/3を使用する。電圧は、高速デジタル-アナログコンバータ(DAC)、または増幅器(たとえばCernex CBPH1015249R)と組み合わせた任意の波形発生器(AWG)(たとえばAgilent 81180B)を用いて印加できる。MEMS接点に印加する電圧を図3Gに示すように変化させ、MEMSの静止位置における波長が1530nmである場合、波長は図3Hに示すように変動する。MEMSによる掃引に同調されたレーザー接点に印加する電流を変化させることによっても、たとえば図3Hに示すように、簡単に振幅を制御することができる。この信号は、半導体光増幅器(たとえばThorlabs(登録商標)BOA1004PXS)により増幅することができ、さらに形状を制御することも可能であるが、このような増幅および形状制御は省くこともできる。次いで、図3Hおよび図3Iに示すような出力が得られ、この出力は、図3Cに示す分散特性を有する10kmのOFS社(古河電気工業社)製マイクロファイバを通して伝送可能である。このファイバからの出力は、意図した用途に使用できる超短パルスとなる。出力されたパルスの一部は分割することができ、分割されたこの信号の一部は、2光子検出器として機能するシリコンフォトダイオードに伝送可能である。分割された出力の残りの部分は、InGaAsフォトダイオードなどのリニアフォトダイオードに伝送し、平均パワーを測定するために使用してもよい。次いで、これら2つの信号は、MEMSへの掃引信号を調整することが可能な制御装置に伝送され、2光子信号最大化するため、または1光子信号に対する2光子信号の比率を最大化するために使用される。

0182

図4は、反射R1を有する第1の鏡(下部)および反射R2を有する第2の鏡(上部)を備えた典型的な光共振器を示す。本実施例においては、上部の第2の鏡を、第1の鏡と第2の鏡との間の光路に沿って制御可能に機械的に移動させることができ、これによって、共振器長を機械的に調整することができる。光共振器は、光学長Lgを有する利得媒質である光子エミッタを備える。光共振器は、光学長がLAR=λ0/4(λ_0/4)で表される反射防止(AR)コーティングを備える。光共振器は、(ARコーティングと第2の鏡との間に)光学長がL0=L0+ΔL(t)(ここで、ΔL(t)は上部の第2の鏡の移動によって調整される、時間に対する光共振器長の変化を示す)で表されるエアギャップを備えている。第1の鏡および第2の鏡(R1,R2)の侵入深さは、静的長さであるL0およびLgに含まれている。したがって、光共振器の全長次式で与えられる。
Ltot=Lg+LAR+L0+ΔL(t)

0183

基準波長は、ΔL(t)=0nmの場合、次式で与えられる。
λ0=2×Ltot/N(ここでNは整数、ΔL(t)=0nmである。)

0184

瞬間レーザー発振波長は次式で与えられる。
λn=2×Ltot/N(ここでNは整数である。)

0185

第2の鏡を移動させたことによって、共振器長が速度vで変化する場合、
ΔL(t)=v×tとなる。

0186

共振器内の往復時間trは次式で与えられる。
tr=2×Ltot/c

0187

1往復の波長変化は次式で与えられる。
Δλ=2×(v×tr)/N=4Ltotv/(cN)、すなわち、Δλ/λ0=2v/c

0188

鏡の移動による光周波数f0のドップラーシフトΔfは、非相対論的領域では、
Δf/f0=-2v/cとなることが知られている。
変化が小さい場合は、
Δλ/λ0=-Δf/f0となる。

0189

したがって、共振器(たとえば低屈折率ARコーティングを有する本実施例の典型的な共振器など)においては、ドップラーシフトは1往復当たりの波長変化と全く等しい。したがって、ドップラーシフトによって、スペクトル全体をコヒーレントにすることができる。この点において、自然放出によってレーザーが生じる他のタイプの可変レーザーとは異なる。

0190

要約すると、圧縮光パルス(112)の発生方法であって、
機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)を備える波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)から、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス(111)を放出し、それと同時に、時間的に分離した波長の異なる光子が該第1の光パルスに含まれるように前記光共振器長(L)を調整する工程、および
分散媒質(114)を通して前記第1のパルスを伝送し、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス(112)を発生させる工程を含み、
前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いことを特徴とする方法が提供される。

0191

本発明の実施形態E1〜E15では、以下が提供される。

0192

E1.圧縮光パルス(112)の発生方法であって、
波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)を提供する工程、
分散媒質(114)を提供する工程、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)から、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス(111)を放出する工程、
時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように光共振器長(L)を調整する工程、
前記第1の光パルス(111)を前記分散媒質(114)で受信する工程、および
受信した前記第1の光パルスを、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス(112)として前記分散媒質から再放出する工程を含み、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、
該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムからの互いに波長の異なる光子の放出を可能とするための、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)と、
前記光共振器内に光子を放出する光子エミッタ(106)と、
前記光共振器の前記共振器長を制御するように構成された共振器制御装置(108a)とを備えること、ならびに
前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いことを特徴とする方法。

0193

E2.前記第1の光パルスに含まれる時間的に分離した波長の異なる光子が互いにコヒーレントであることを特徴とする、実施形態E1に記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

0194

E3.前記光共振器がマイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器内に光子エミッタが設けられていることを特徴とする、先行する実施形態のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

0195

E4.前記光共振器がマイクロ共振器を備え、該マイクロ共振器の長さが前記基準波長の1/2以上10倍未満であることを特徴とする、先行する実施形態のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

0196

E5.放出された前記第1の光パルスが、連続関数で表すことのできる時間分解スペクトル分布を有することを特徴とする、先行する実施形態のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

0197

E6.前記光共振器(104)がMEMS要素を備えること、
前記MEMS要素の位置が調整可能であること、
前記光共振器(104)の前記共振器長(L)が前記MEMS要素の位置に依存しており、前記共振器制御装置(108a)が前記MEMS要素の位置を制御することによって前記光共振器の前記共振器長(L)を制御できること、
時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルスに含まれるように共振器長(L)を調整する前記工程が、前記MEMS要素の位置を調整することをさらに含むことを特徴とする、先行する実施形態のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

0198

E7.前記圧縮光パルス(112)の1以上の特性を示すフィードバック情報を提供し、次いで該フィードバック情報に基づいた特性を有する2発目の第1の光パルスを放出する工程をさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)の発生方法。

0199

E8.圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)であって、
波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)と、分散媒質(114)とを備え、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、
該波長可変マイクロ共振器レーザーシステムからの互いに波長の異なる光子の放出を可能とするための、機械的に調整可能な共振器長(L)を有する光共振器(104)と、
前記光共振器内に光子を放出する光子エミッタ(106)と、
前記光共振器(104)の前記共振器長(L)を制御するように構成された共振器制御装置(108a)とを備え、
前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、第1の時間幅(T1)を有する第1の光パルス(111)を放出するように構成されていること、
前記共振器制御装置(108a)が、時間的に分離した波長の異なる光子が前記第1の光パルス(111)に含まれるように、前記光共振器長(L)を調整するように構成されていること、
前記分散媒質(114)が、前記第1の光パルス(111)を受信し、受信した前記第1の光パルスを、第2の時間幅(T2)を有する圧縮光パルス(112)として再放出するように構成されていること、および
前記第2の時間幅(T2)が前記第1の時間幅(T1)よりも狭いことを特徴とする、光パルスシステムが提供される。

0200

E9.前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、光増幅器(116)をさらに備えることを特徴とする、実施形態E8に記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

0201

E10.前記光増幅器(116)による増幅を時間的に変化させることによって、かつ/または前記光子エミッタ(106)からの光子の放出を時間的に変化させることによって、前記第1の光パルス(111)の形状を第1の形状(121)とすることができることを特徴とする、実施形態E8およびE9のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

0202

E11.前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、前記分散媒質(114)の分散特性に適合させた第1の形状および/または第1のスペクトル-時間分布を有する第1の光パルス(111)を放出するように構成されていることを特徴とする、実施形態E8〜E10のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

0203

E12.前記波長可変マイクロ共振器レーザーシステム(102)が、前記分散媒質(114)の分散特性を示す情報を包含および/または受信するように構成されていることを特徴とする、実施形態E8〜E11のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

0204

E13.前記光共振器(104)がMEMS要素を備えること、
前記MEMS要素の位置が調整可能であること、
前記光共振器(104)の前記共振器長(L)が前記MEMS要素の位置に依存しており、前記共振器制御装置(108a)が前記MEMS要素の位置を制御することによって前記光共振器の前記共振器長(L)を制御できること、
前記MEMS要素のQ値が10〜臨界減衰の範囲内であることを特徴とする、実施形態E8〜E12のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

0205

E14.前記圧縮光パルスのピークパワーを前記圧縮光パルスの平均パワーで除することにより第1の比率を求めること、
前記第1の光パルスのピークパワーを前記第1の光パルスの平均パワーで除することにより第2の比率を求めること、
第1の比率が第2の比率の少なくとも1000倍であることを特徴とする、実施形態E8〜E13のいずれかに記載の圧縮光パルス(112)を発生させるための光パルスシステム(100)。

0206

E15.多光子分光法、材料加工、フェムト秒化学、サンプリングシステム、およびテラヘルツ(THz)波の発生のいずれかのための、実施形態E1〜E7のいずれかに記載の圧縮光パルスの発生方法および/または実施形態E8〜E14のいずれかに記載の光パルスシステム(100)の使用。

0207

前記実施形態E1〜E15に関して、先行する「実施形態」とは、実施形態E1〜E15のうち先に述べた実施形態を指す。

0208

特定の実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって定義される。請求項の記載において、「含む」または「備える」は、他の可能な要素や工程を除外するものではない。また、「a」や「an」などの指示語は、複数のものを除外するものではない。図面に示した要素に関連して請求項で使用されている参照符号も、本発明の範囲を限定するものではない。さらに、別々の請求項に記載された個々の特徴は有利に組み合わせることもでき、別々の請求項に個々の特徴が述べられていたとしても、これらの特徴の組み合わせが可能であったり、有利であったりする可能性を排除するものではない。

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