JP2007334225A - Optical pulse width conversion apparatus and optical pulse width conversion method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、超短光パルス発生装置などでパルス圧縮またはパルス伸長のために用いられる光パルス幅変換装置に関するものである。 The present invention relates to an optical pulse width conversion device used for pulse compression or pulse expansion in an ultrashort optical pulse generator or the like.
従来、光パルスをパルス圧縮するための光パルス圧縮装置において、１組の回折格子を対向させた回折格子対に、円形ビームとしての光パルスを入力させるようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
また、従来、光パルス圧縮装置において、回折格子対で周波数（波長）に応じて空間的に分散させた光パルスの波長成分毎に、変調器で振幅変調または位相変調を与えるようにしたものが知られている（例えば特許文献２または特許文献３参照）。
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical pulse compression apparatus for compressing an optical pulse is known in which an optical pulse as a circular beam is input to a diffraction grating pair in which a pair of diffraction gratings are opposed to each other (for example, Patent Document 1).
Conventionally, in an optical pulse compression device, an amplitude modulation or phase modulation is applied by a modulator for each wavelength component of an optical pulse spatially dispersed according to a frequency (wavelength) by a diffraction grating pair. Known (for example, refer to Patent Document 2 or Patent Document 3).
ところで、回折格子に入力させる光パルスの平均パワーのエネルギー密度が大きくなると、回折格子の表面が熱によって歪み、パルス圧縮性能が劣化するようになる。従って、光パルスの平均パワーを大きくする必要がある場合、エネルギー密度がある程度以上大きくならないように、例えば光パルスのビーム径を大きくしなければならない。ここで、特許文献１に開示されたような円形ビームとしての光パルスについて、円形ビームとしてビーム径を大きくし、例えば特許文献２または特許文献３に開示された従来の光パルス圧縮装置の回折格子対に入力させた場合、ビーム径が波長分散によるビーム位置のずれよりも大きいと、変調器に入射する光パルスの波長成分間に空間的な重なりが生じ、波長成分毎に異なる振幅変調または位相変調を与えることができなくなるという問題点があった。
By the way, when the energy density of the average power of the optical pulse input to the diffraction grating is increased, the surface of the diffraction grating is distorted by heat, and the pulse compression performance is deteriorated. Therefore, when it is necessary to increase the average power of the optical pulse, for example, the beam diameter of the optical pulse must be increased so that the energy density does not increase more than a certain level. Here, with respect to the optical pulse as a circular beam as disclosed in
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、光パルス圧縮装置を含む光パルス幅変換装置において、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビームの拡大をはかることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In an optical pulse width conversion device including an optical pulse compression device, an optical pulse is suppressed while suppressing spatial overlap between wavelength components of optical pulses due to wavelength dispersion. The purpose is to expand the beam of pulses.
この発明に係る光パルス幅変換装置は、入力した光パルスのビームを第１の方向で第２の方向より大きくなるように拡大するビーム拡大部と、前記ビーム拡大部からの光パルスを波長に応じて第２の方向に沿って遅延させる波長分散部と、を備えたものである。 An optical pulse width conversion device according to the present invention includes a beam expanding unit that expands an input optical pulse beam in a first direction so as to be larger than a second direction, and an optical pulse from the beam expanding unit as a wavelength. And a wavelength dispersion unit that delays along the second direction accordingly.
この発明は、光パルス幅変換装置において、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビームを拡大できるようにすることができる。 According to the present invention, in the optical pulse width converter, the beam of the optical pulse can be expanded while suppressing the spatial overlap between the wavelength components of the optical pulse due to wavelength dispersion.
実施の形態１．
この発明の実施の形態１による光パルス幅変換装置は、ビーム径拡大部を含むビーム拡大部において、入力した光パルスのビーム径をＹ方向（第１の方向）に拡大し、Ｙ方向と平行な溝が配列した回折格子を含む回折格子対と振幅・位相調整部と全反射鏡とからなる波長分散部において、Ｙ方向と垂直なＸ方向（第２の方向）に沿って波長に応じて空間的に光パルスを分散させるようにしたので、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビームを拡大できるようにすることができるものである。
In the optical pulse width conversion device according to
図１は、この発明の実施の形態１による光パルス幅変換装置を用いた超短光パルス発生装置を示す構成図である。図１（ａ）は上面図であり、紙面内の上方向を第２の方向としてのＸ方向、紙面に垂直な前方向を第１の方向としてのＹ方向、紙面内の右方向をＺ方向とする。図１（ｂ）は側面図であり、紙面に垂直な後方向をＸ方向、紙面内の上方向をＹ方向、紙面内の右方向をＺ方向とする。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
1 is a block diagram showing an ultrashort optical pulse generator using an optical pulse width converter according to
図１において、超短光パルス発生装置は、パルス生成装置１０、パルス伸張装置２０、光パルス幅変換装置としてのパルス圧縮装置３０、から構成されている。パルス圧縮装置３０は、ハーフミラー３１、ビーム拡大部としてのビーム径拡大部３２、波長分散素子としての回折格子対３３、振幅・位相調整部３４、反射部としての全反射鏡３５、から構成されている。回折格子対３３は、Ｙ方向と平行な溝が配列した回折格子３３ａ、Ｙ方向と平行な溝が配列した回折格子３３ｂ、から構成されている。なお、回折格子対３３と、振幅・位相調整部３４と、全反射鏡３５と、で波長分散部を構成する。
In FIG. 1, the ultrashort optical pulse generator comprises a
また、図１において、１００はパルス生成装置１０で生成された光パルス、１０１はパルス伸長装置２０を通過後の光パルス、１０２はハーフミラー３１を通過後の往路の光パルス、１０３はビーム径拡大部３２を通過後の往路の光パルス、１０４は回折格子対３３を通過後の往路の光パルス、１０５は振幅・位相調整部３４を通過後の往路の光パルス、１０６は全反射鏡３５による反射後の復路の光パルス、１０７は振幅・位相調整部３４を通過後の復路の光パルス、１０８は回折格子対３３を通過後の復路の光パルス、１０９はビーム径拡大部３２を通過後の復路の光パルス、１１０はハーフミラー３１による反射後の光パルス、の進行方向を示す矢印である。
In FIG. 1, 100 is an optical pulse generated by the
なお、ビーム径拡大部３２として、図１に示すように、Ｙ方向に曲率をもつシリンドリカルレンズを２枚組み合わせた構成を用いることができる。また、例えば、ビーム径拡大部３２として、同一形状のプリズムを２つ組み合わせて構成した、アナモルフィックプリズムを用いることができる。
As the beam
また、ビーム径拡大部３２として、光パルスをＹ方向に波長毎に空間的に分離する波長分散素子である回折格子対やプリズム対などを用いることができる。これにより、回折格子対３３によって与えられる波長分散に加え、ビーム径拡大部３２でも波長分散を与えることができるため、光パルスに与える波長分散量の調節の自由度を向上させることができるという効果を奏する。なお、回折格子対またはプリズム対は、２つの回折格子または２つのプリズムを対向させて配置したものである。
Further, as the beam
また、ビーム径拡大部３２としては、光パルス１０２のＹ方向のビーム径を拡大する機能をもつものであれば、どのような構成を用いても良い。
Further, the beam
また、この発明の実施の形態１では、波長分散素子として、回折格子対３３を用いている。波長分散素子として回折格子対を用いることにより、回折格子の溝の密度、光パルスの回折格子への入射角、回折格子間距離の調整によって、２次の波長分散量を容易に調整できるという効果を奏する。
In
また、波長分散素子としての回折格子対３３の代わりにプリズム対を用いても良い。プリズム対は、Ｙ方向に頂角としての稜が配置された三角柱状の２つのプリズムを対向させたものである。波長分散素子としてプリズム対を用いることにより、回折格子対を用いた場合よりも、光パルスの伝搬効率が高くなるという効果を奏する。また、プリズム対を用いることにより、回折格子対を用いた場合よりも、熱変形しにくいことから、パルス圧縮性能が劣化するエネルギー密度を大きくできるという効果を奏する。
A prism pair may be used instead of the
また、波長分散素子としては、光パルス１０３を波長毎に空間的に分離する機能をもつものであれば、どのような構成を用いても良い。
As the wavelength dispersion element, any configuration may be used as long as it has a function of spatially separating the
また、この発明の実施の形態１では、復路の光パルス１０９を往路の光パルス１０２と分離してパルス圧縮装置３０から出力させる手段として、ハーフミラー３１を用いているが、復路の光パルス１０９を往路の光パルス１０２と分離してパルス圧縮装置３０から出力させることができるものであれば、どのような手段を用いても良い。
In the first embodiment of the present invention, the
次に動作について説明する。図１において、パルス生成装置１０で生成された光パルス１００は、パルス伸張装置２０によって、正の波長分散を与えられてパルス幅が伸張する。パルス伸長装置２０を通過後の光パルス１０１は、パルス圧縮装置３０に入力される。
Next, the operation will be described. In FIG. 1, the
パルス圧縮装置３０では、回折格子対３３、振幅・位相調整部３４、全反射鏡３５からなる波長分散部において、光パルスを波長に応じて遅延させる（すなわち光パルスに波長に応じて光路差が与えられる）。これにより、光パルスに負の波長分散を与えてパルス幅を圧縮することで、高ピークパワーの超短パルス光が得られる。なお、このパルス圧縮装置３０は、波長分散をもたない光パルスを入力することで、光パルスに負の波長分散を与えてパルス幅を拡げることができるため、パルス伸長装置としても機能させることができる。このように、パルス圧縮装置３０は、パルス幅の圧縮または伸長、要するにパルス幅の変換を行う光パルス幅変換装置としての機能をもつ。
In the
さらにパルス圧縮装置３０における動作について詳細に説明する。パルス圧縮装置３０に入力され、ハーフミラー３１を通過後の往路の光パルス１０２は、ビーム径拡大部３２によって、Ｘ方向のビーム径を保ったまま、Ｙ方向のビーム径が拡大される。ビーム径拡大部３２を通過後の往路の光パルス１０３は、回折格子対３３によって波長分散を与えられ、波長毎にＸ方向に空間的に分波される。回折格子対３３を通過後の往路の光パルス１０４は、振幅・位相調整部３４によって、空間毎に異なる振幅変化および／または位相変化を与えられる。振幅・位相調整部３４を通過後の往路の光パルス１０５は、全反射鏡３５によって反射される。
Further, the operation in the
全反射鏡３５による反射後の復路の光パルス１０６は、再び、振幅・位相調整部３４によって、空間毎に異なる振幅変化および／または位相変化を与えられる。振幅・位相調整部３４を通過後の復路の光パルス１０７は、回折格子対３３によって波長分散を与えられ、光パルスの全ての波長成分が同一の空間領域を通過するように合波される。回折格子対３３を通過後の復路の光パルス１０８は、ビーム径拡大部３２に、往路の光パルス１０２の入射方向と反対方向から入射し、Ｘ方向のビーム径を保ったまま、Ｙ方向のビーム径が縮小されて、光パルス１０９になる。このとき、光パルス１０９は、光パルス１０２と同じビーム形状をもつ。光パルス１０９は、ハーフミラー３１によって反射されて、光パルス１１０としてパルス圧縮装置３０から出力される。
The
ここで、回折格子対３３において、回折格子間距離を変化させることで、パルス圧縮装置３０で生じる２次の波長分散を任意に調整できる。パルス発生装置１０と、パルス伸張装置２０と、パルス圧縮装置３０と、によって生じる２次の波長分散量の総和が０になるように、回折格子対３３の回折格子間距離を適切に調整し、圧縮後の光パルス１１０が２次の波長分散をもたないようにして超短パルスを発生させる。このとき、３次以上の波長分散に対して、パルス発生装置１０と、パルス伸張装置２０と、パルス圧縮装置３０と、によって生じる波長分散量の総和が０になっていないと、圧縮後の光パルスは３次以上の波長分散によるパルス幅の拡がりをもつ。フーリエ限界幅に近いパルス幅を持つ超短パルスを実現するためには、光パルスがパルス圧縮装置３０を往復した後に３次以上の波長分散をもたないように、振幅・位相調整部３４によって光パルスに対して波長毎に異なる振幅変化や位相変化を与える必要がある。
Here, in the
図２は、この発明の実施の形態１によって光パルスのＹ方向のビーム径が拡大された場合の、ビーム径拡大部３２を通過後の位置における光パルス１０３のビーム形状を示す図である。図２において、１０３はこの発明の実施の形態１によって光パルスのビーム径がＹ方向に拡大された場合のビーム形状である。なお、１０３ａは光パルスが円形のまま拡大された場合のビーム形状であり、比較のために参考として示す。
FIG. 2 is a diagram showing the beam shape of the
この発明の実施の形態１では、Ｙ方向のビーム径を拡大することによって、光パルス１０３の照射面積が光パルス１０２よりも大きくなるため、回折格子対３３のパルス圧縮性能の劣化を防ぐことができる。そして、光パルス１０４は、Ｙ方向にのみビーム径が拡大され、かつＸ方向に空間的に分波されているため、振幅・位相調整部３４で光パルスの波長成分間に空間的な重なりを生じさせることなく、光パルス１０４に対して波長毎に異なる振幅変化や位相変化を与えることができる。これにより、光パルス１０４のもつ３次以上の波長分散を補償でき、短パルス化が可能になるのである。
In the first embodiment of the present invention, since the irradiation area of the
例えば、パルス生成装置１０で生じる光パルス１００の中心波長が１０４１ｎｍ、半値全幅としての波長帯域幅が１７ｎｍであり、回折格子対３３の回折格子３３ａ、３３ｂにおける溝の本数の密度が１５００本／ｍｍである場合に、光パルス１０３が回折格子３２ａに対して入射角６０度で入射する場合を考える。このとき、回折格子の性能劣化の閾値を０．５Ｊ／ｃｍ２とすると、許容される光パルス１０３の垂直断面のエネルギー密度は最大で１Ｊ／ｃｍ２である。光パルスの持つエネルギーが４ｍＪである場合、光パルスのビーム形状が円形の場合を考えると、ガウス関数の半値全幅に対応する光パルス１０３ａのビーム径は１ｍｍとなる。
For example, the center wavelength of the
ここで、パルス伸張装置２０を通過後にパルス幅が１１０ｐｓである場合、光パルス１０３の圧縮に最適な回折格子間距離は、垂直距離で１５１ｍｍである。このとき、波長毎に空間的に分離された光パルス１０４には、波長帯域幅１７ｎｍに対してＸ方向に１０ｍｍのビーム位置のずれ、すなわち１ｎｍあたりでは０．６ｍｍのビーム位置のずれがある。円形ビームとしての光パルス１０３ａのビーム径１ｍｍが、波長分散による１ｎｍあたりのビーム位置のずれ０．６ｍｍよりも大きいため、１ｎｍ異なる波長成分が空間的に重なり、振幅・位相調整部３４を用いて、光パルスに対して波長毎に異なる振幅変化や位相変化を与えることができなくなる。
Here, when the pulse width is 110 ps after passing through the
一方、この発明の実施の形態１に基づき、ビーム径拡大部３２によって、例えば、光パルス１０２のＹ方向のビーム径を１ｃｍに拡大し、Ｘ方向のビーム径を０．１ｍｍのビーム形状にすると、光パルス１０３の照射面積は、ビーム径が１ｍｍの円形ビームとしての光パルス１０３ａと同じであるため、パルス圧縮装置のパルス圧縮性能の劣化を防ぐことができる。それと同時に、光パルス１０４、１０６のＸ方向のビーム径は０．１ｍｍと小さいため、振幅・位相調整部３４で１ｎｍ異なる波長成分間に空間的な重なりを生じさせることなく、光パルスに対して波長毎に異なる振幅変化や位相変化を与えることができるのである。
On the other hand, based on
以上のように、この発明の実施の形態１によるパルス圧縮装置としての光パルス幅変換装置においては、上述のように構成されているので、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビーム径を拡大することでビームを拡大できる。これにより、光パルスのパワーが大きくなった場合にも、パルス圧縮性能の劣化を防ぐことができ、かつ、光パルスに対して波長毎に異なる振幅変化や位相変化を与えることによって短パルス化を可能にするという効果を奏する。 As described above, since the optical pulse width conversion device as the pulse compression device according to the first embodiment of the present invention is configured as described above, the spatial overlap between the wavelength components of the optical pulse due to wavelength dispersion. The beam can be expanded by expanding the beam diameter of the light pulse while suppressing the above. As a result, even when the power of the optical pulse is increased, the pulse compression performance can be prevented from being deteriorated, and the optical pulse can be shortened by changing the amplitude and the phase different for each wavelength. It has the effect of making it possible.
実施の形態２．
この発明の実施の形態２による光パルス幅変換装置は、ビーム径拡大部を含むビーム拡大部において、入力した光パルスのビーム径をＹ方向（第１の方向）に拡大し、Ｙ方向と平行な溝が配列した回折格子を含む回折格子対と振幅・位相調整部と１８０度折り返しプリズムとからなる波長分散部において、Ｙ方向と垂直なＸ方向（第２の方向）に沿って波長に応じて空間的に光パルスを分散させるようにしたので、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビームを拡大できるようにすることができるものである。
Embodiment 2. FIG.
In the optical pulse width conversion device according to Embodiment 2 of the present invention, the beam diameter of the input optical pulse is expanded in the Y direction (first direction) in the beam expanding section including the beam diameter expanding section, and is parallel to the Y direction. In a wavelength dispersion unit composed of a diffraction grating pair including a diffraction grating in which various grooves are arranged, an amplitude / phase adjustment unit, and a 180-degree folding prism, the wavelength distribution along the X direction (second direction) perpendicular to the Y direction Since the optical pulse is dispersed spatially, the beam of the optical pulse can be expanded while suppressing the spatial overlap between the wavelength components of the optical pulse due to wavelength dispersion.
図３は、この発明の実施の形態２による光パルス幅変換装置を示す構成図である。図３（ａ）は上面図であり、紙面内の上方向を第２の方向としてのＸ方向、紙面に垂直な前方向を第１の方向としてのＹ方向、紙面内の右方向をＺ方向とする。図３（ｂ）は側面図であり、紙面に垂直な後方向をＸ方向、紙面内の上方向をＹ方向、紙面内の右方向をＺ方向とする。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。 FIG. 3 is a block diagram showing an optical pulse width converter according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 3A is a top view, in which the upper direction in the drawing is the X direction as the second direction, the front direction perpendicular to the drawing is the Y direction as the first direction, and the right direction in the drawing is the Z direction. And FIG. 3B is a side view, in which the rearward direction perpendicular to the paper surface is the X direction, the upward direction in the paper surface is the Y direction, and the rightward direction in the paper surface is the Z direction. In each figure, the same numerals indicate the same or corresponding parts.
図３において、図１と同一または相当部分についての重複する説明は省略する。図３において、３１ａは全反射鏡、３５ａは反射部としての１８０度折り返しプリズム、３２ａはビーム径縮小部である。パルス圧縮装置３０ａは、図１に示したパルス圧縮装置３０において、ハーフミラー３１を全反射鏡３１ａに代え、全反射鏡３５を１８０度折り返しプリズム３５ａに代え、ビーム径縮小部３２ａを追加した構成である。なお、回折格子対３３と、振幅・位相調整部３４と、１８０度折り返しプリズム３５ａと、で波長分散部を構成する。
In FIG. 3, redundant description of the same or corresponding parts as in FIG. 1 is omitted. In FIG. 3, 31a is a total reflection mirror, 35a is a 180-degree folding prism as a reflection portion, and 32a is a beam diameter reduction portion. The
この発明の実施の形態２は、パルス圧縮装置３０ａ内において、１８０度折り返しプリズム３５ａによって、光パルスを反射させる際に往路と復路の光パルスの位置をＹ方向にずらすことを特徴としている。全反射鏡３１ａは、パルス伸長装置２０を通過後の光パルス１０１が全反射鏡３１ａによって反射され、ビーム径縮小部３２ａを通過後の復路の光パルス１０９が全反射鏡３１ａに入射されない位置に設置にする。
The second embodiment of the present invention is characterized in that, in the
なお、１８０度折り返しプリズム（１８０ ｄｅｇｒｅｅ ｆｏｌｄｉｎｇ ｐｒｉｓｍ）３５ａは、２つの垂直な反射面を有するプリズムである。また、１８０度折り返しプリズム３５ａの代わりに、全反射鏡２枚を組み合わせて構成されたルーフミラーなど、光パルスを反射させる際にビーム径をＹ方向にずらす機能をもつものであれば、どのような構成でも良い。
A 180 degree folding prism (180 degree folding prism) 35a is a prism having two vertical reflecting surfaces. In addition, any roof mirror configured by combining two total reflection mirrors instead of the 180-
また、ビーム径拡大部３２、ビーム径縮小部３２ａとして、図３に示すように、Ｙ方向に曲率を持つシリンドリカルレンズを２枚組み合わせた構成を用いることができる。また、例えば、ビーム径拡大部３２、ビーム径縮小部３２ａとして、同一形状のプリズムを２つ組み合わせて構成した、アナモルフィックプリズムを用いることができる。
Further, as the beam
また、ビーム径拡大部３２、ビーム径縮小部３２ａとして、光パルスをＹ方向に波長毎に空間的に分波する波長分散素子である回折格子対やプリズム対などを用いることができる。これにより、光パルスが回折格子対３３によって与えられる波長分散に加え、ビーム径拡大部３２、ビーム径縮小部３２ａでも波長分散を与えることができるため、光パルスに与える波長分散量の調節の自由度を向上させることができるという効果を奏する。
Further, as the beam
また、ビーム径拡大部３２、ビーム径縮小部３２ａは、光パルスのＹ方向のビーム径を拡大し、縮小する機能をもつものであれば、どのような構成を用いても良い。
The beam
また、この発明の実施の形態２では、波長分散素子として、回折格子対３３を用いている。波長分散素子として回折格子対を用いることにより、回折格子の溝の密度、光パルスの回折格子への入射角、回折格子間距離の調整によって、２次の波長分散量を容易に調整できるという効果を奏する。
In the second embodiment of the present invention, the
また、この発明の実施の形態２では、波長分散素子として、回折格子対３３の代わりにプリズム対を用いても良い。プリズム対は、Ｙ方向に頂角としての稜が配置された三角柱状の２つのプリズムを対向させたものである。波長分散素子としてプリズム対を用いることにより、回折格子対を用いた場合よりも、光パルスの伝搬効率が高くなるという効果を奏する。また、プリズム対を用いることにより、回折格子対を用いた場合よりも、熱変形しにくいことから、パルス圧縮性能が劣化するエネルギー密度を大きくできるという効果を奏する。
In the second embodiment of the present invention, a prism pair may be used as the wavelength dispersion element instead of the
また、波長分散素子としては、光パルス１０３を波長毎に空間的に分離する機能をもつものであればどのような構成を用いても良い。
As the wavelength dispersion element, any configuration may be used as long as it has a function of spatially separating the
また、この発明の実施の形態２では、パルス伸長装置２０からの光パルス１０１をパルス圧縮装置３０ａに入力させる手段として、全反射鏡３１ａを用いているが、全反射鏡３１ａの代わりにハーフミラーを用いても良い。また、復路の光パルス１０９をパルス圧縮装置３０ａから出力させることを妨げることなく、往路の光パルス１０１をパルス圧縮装置３０ａに入力させることができれば、どのような手段を用いても良い。
In the second embodiment of the present invention, the
次にパルス圧縮装置３０ａにおける動作について詳細に説明する。図３において、パルス圧縮装置３０ａに入力された光パルス１０１は、全反射鏡３１ａによって往路の光パルス１０２として反射され、ビーム径拡大部３２によって、Ｘ方向のビーム径を保ったまま、Ｙ方向のビーム径が拡大される。ビーム径拡大部３２を通過後の往路の光パルス１０３は、回折格子対３３によって波長分散を与えられ、波長毎にＸ方向に空間的に分波される。回折格子対３３を通過後の往路の光パルス１０４は、振幅・位相調整部３４によって、空間毎に異なる振幅変化および／または位相変化を与えられる。振幅・位相調整部３４を通過後の往路の光パルス１０５は、１８０度折り返しプリズム３５ａによって反射される。
Next, the operation in the
このとき、図４に示すように、１８０度折り返しプリズム３５ａ内において、光パルス１０５は２つの垂直な反射面で２回反射され、光パルス１０６のビーム位置はＹ方向にずれる。このように、１８０度折り返しプリズム３５ａで反射された復路の光パルス１０６は、再び、振幅・位相調整部３４によって、空間毎に異なる振幅変化および／または位相変化を与えられる。振幅・位相調整部３４を通過後の復路の光パルス１０７は、回折格子対３３によって波長分散を与えられ、光パルスの全ての波長成分が同一の空間領域を通過するように合波される。回折格子対３３を通過後の復路の光パルス１０８は、ビーム径縮小部３２ａに入射し、Ｘ方向のビーム径を保ったまま、Ｙ方向のビーム径が縮小されて、光パルス１０９になる。このとき、光パルス１０９は、光パルス１０２と同じビーム形状をもつ。光パルス１０９は、パルス圧縮装置３０ａから出力される。
At this time, as shown in FIG. 4, within the 180-
このように、この発明の実施の形態２では、パルス圧縮装置３０ａ内において、往路と復路の光パルスのビーム位置をＹ方向に重ならないようにずらすことによって、回折格子対３３に単位面積あたりに照射される光パルスの平均パワーを、実施の形態１の場合と比べて半分に減らすことができる。これにより、熱による回折格子３３ａ、３３ｂの歪みを軽減することができ、パルス圧縮性能の劣化を軽減できる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the beam positions of the forward and backward optical pulses are shifted so as not to overlap each other in the Y direction in the
図５に、振幅・位相調整部３４の位置でＺ方向から見た往路の光パルス１０５と復路の光パルス１０６のビーム形状を示す。図５（ａ）は、図３に示すように、ビーム径拡大部３２およびビーム径縮小部３２ａとして、Ｙ方向に曲率を持つシリンドリカルレンズを２枚組み合わせた構成を用いた場合のものである。また、図５（ｂ）は、ビーム径拡大部３２およびビーム径縮小部３２ａとして、Ｙ方向に波長毎に空間的に合分波する波長分散素子である回折格子対やプリズム対などを用いた場合のものである。
FIG. 5 shows the beam shapes of the forward
図５において、ビーム径拡大部３２でＹ方向にビーム径が拡大し、回折格子対３３で波長毎にＸ方向に空間的に分波され、光パルスの異なる波長の波長成分が同じ空間領域を通ることがないため、振幅・位相調整部３４において波長毎に異なる振幅変化や位相変化を与えることができる。そのため、光パルスの持つ３次以上の波長分散を補償でき、短パルス化を可能にする。さらに、図５において、往路の光パルス１０５と復路の光パルス１０６のビーム位置が重ならないため、例えば、振幅・位相調整部３４において、往路の光パルスに振幅変調を与え、かつ復路の光パルスに位相変調を与えることなどで、振幅・位相調整の自由度を向上させることができるという効果を奏する。
In FIG. 5, the beam diameter is expanded in the Y direction by the beam
以上のように、この発明の実施の形態２によるパルス圧縮装置としての光パルス幅変換装置においては、上述のように構成されているので、実施の形態１と同様に、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビーム径を拡大することでビームを拡大できる。そして、往路と復路の光パルスのビーム位置をずらすことによって、光パルスの平均パワーが大きくなった場合にも、パルス圧縮性能の劣化をさらに軽減することができ、かつ、光パルスに対して波長毎に異なる振幅変化や位相変化を与えることによって短パルス化を可能にするという効果を奏する。 As described above, the optical pulse width conversion device as the pulse compression device according to the second embodiment of the present invention is configured as described above. The beam can be expanded by expanding the beam diameter of the optical pulse while suppressing the spatial overlap between the wavelength components. By shifting the beam position of the forward and backward optical pulses, even when the average power of the optical pulse is increased, the deterioration of the pulse compression performance can be further reduced, and the wavelength of the optical pulse can be reduced. By providing different amplitude changes and phase changes for each, the effect of shortening the pulse can be achieved.
また、この発明の実施の形態２では、往路と復路の光パルスのビーム位置をずらすことによって、実施の形態１のようにハーフミラー３１によって往路と復路の光パルスを分離する必要がなくなるという効果を奏する。
Further, in the second embodiment of the present invention, by shifting the beam positions of the forward and backward optical pulses, there is no need to separate the forward and backward optical pulses by the
なお、上述のように、この発明の実施の形態２では、振幅・位相調整部３４において、往路と復路の両方で光パルスに振幅・位相変調を与える場合を示したが、例えば、図６に示すように、振幅・位相調整部３４を往路のみに配置する構成などにより、往路または復路の片方のみで光パルスに振幅変調および／または位相変調を与えるようにしても良い。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the amplitude /
実施の形態３．
この発明の実施の形態３による光パルス幅変換装置は、ビーム分配部を含むビーム拡大部において、入力した光パルスを複数のビームに分配することでＹ方向（第１の方向）にビームを拡大し、Ｙ方向と平行な溝が配列した回折格子を含む回折格子対と振幅・位相調整部と１８０度折り返しプリズムとからなる波長分散部において、Ｙ方向に垂直なＸ方向（第２の方向）に沿って波長に応じて空間的に光パルスを分散させるようにしたので、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビームを拡大できるようにすることができるものである。
Embodiment 3 FIG.
An optical pulse width conversion device according to Embodiment 3 of the present invention expands a beam in the Y direction (first direction) by distributing an input optical pulse to a plurality of beams in a beam expansion unit including a beam distribution unit. In the wavelength dispersion unit including the diffraction grating pair including the diffraction grating in which grooves parallel to the Y direction are arranged, the amplitude / phase adjustment unit, and the 180-degree folding prism, the X direction (second direction) perpendicular to the Y direction Since the optical pulse is spatially dispersed according to the wavelength along the optical axis, it is possible to expand the beam of the optical pulse while suppressing the spatial overlap between the wavelength components of the optical pulse due to the wavelength dispersion. Is.
図７は、この発明の実施の形態３による光パルス幅変換装置を示す構成図である。図７（ａ）は上面図であり、紙面内の上方向を第２の方向としてのＸ方向、紙面に垂直な前方向を第１の方向としてのＹ方向、紙面内の右方向をＺ方向とする。図７（ｂ）は側面図であり、紙面に垂直な後方向をＸ方向、紙面内の上方向をＹ方向、紙面内の右方向をＺ方向とする。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。 FIG. 7 is a block diagram showing an optical pulse width converter according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 7A is a top view, in which the upper direction in the drawing is the X direction as the second direction, the front direction perpendicular to the drawing is the Y direction as the first direction, and the right direction in the drawing is the Z direction. And FIG. 7B is a side view, in which the rearward direction perpendicular to the paper surface is the X direction, the upward direction in the paper surface is the Y direction, and the rightward direction in the paper surface is the Z direction. In each figure, the same numerals indicate the same or corresponding parts.
図７において、図３と同一または相当部分についての重複する説明は省略する。図７において、３２ｂはビーム拡大部としてのビーム分配部、３２ｃはビーム結合部である。パルス圧縮装置３０ｂは、図３に示したパルス圧縮装置３０ａにおいて、ビーム径拡大部３２をビーム分配部３２ｂに代え、ビーム径縮小部３２ａをビーム結合部３２ｃに代えた構成である。
In FIG. 7, the overlapping description of the same or corresponding parts as in FIG. 3 is omitted. In FIG. 7, 32b is a beam distribution unit as a beam expanding unit, and 32c is a beam combining unit. The
なお、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃとして、１つの光パルスの光強度をＹ方向に並んだ少なくとも２つの光パルスに分配し、また結合する光強度分配型ビーム分配装置を用いることができる。光強度分配型ビーム分配装置として、例えば、図７（ａ）と図７（ｂ）に示すような配置で、少なくとも２枚のハーフミラーを組み合わせた構成を用いることができる。ビーム拡大部として、光強度分配型ビーム分配装置を用いることにより、光パルスの平均パワーが大きい場合に、シリンドリカルレンズやアナモルフィックプリズムを用いて光パルスを拡大する構成では波面収差が生じてしまうような場合にも、光パルスに波面収差を生じさせることなく光パルスを分配することでビームを拡大できるという効果を奏する。
As the
また、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃとして、１つの光パルスを波長毎に分離して、Ｙ方向に並んだ少なくとも２つの光パルスに分配し、また結合する波長分離型分配装置を用いることができる。波長分離型分配装置として、例えば、波長によって透過率の異なる特性をもつミラー（フィルタ）を、図７（ａ）と図７（ｂ）に示すような配置で、少なくとも２枚組み合わせた構成を用いることができる。ビーム拡大部として、波長分離型ビーム分配装置を用いることにより、光強度分配型ビーム分配装置を用いた場合よりも、光パルスのパワーの損失を小さくできるという効果を奏する。
Further, as the
また、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃとして、１つの光パルスを偏光方向によって分離して、Ｙ方向に並んだ少なくとも２つの光パルスに分配し、また結合する偏光分離型ビーム分配装置を用いることができる。偏光分離型ビーム分配装置として、例えば、１／４波長板と偏光子を組み合わせた構成を用いることができる。この構成では、例えば、直線偏光の光パルスを１／４波長板に入射させて円偏光の光パルスに変換し、その後、偏光子に入射させて偏光方向の異なる成分を分離することで、１つの光パルスを偏光方向の異なる２つの光パルスに分配することができる。ビーム拡大部として、偏光分離型ビーム分配装置を用いることにより、光強度分配型ビーム分配装置や波長分離型ビーム分配装置を用いた場合よりも、光パルスのパワーの損失を小さくできるという効果を奏する。
Further, as the
また、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃとしては、光パルス１０２をＹ方向に並んだ少なくとも２つの光パルスに分配し、また結合する機能を持つものであれば、どのような構成を用いても良い。
As the
次に動作について説明する。パルス圧縮装置３０ｂにおける基本的な動作は、パルス圧縮装置３０ａと同様なので、重複する説明を省略し、ここでは、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃに関する動作について説明する。図７において、光パルス１０２は、ビーム分配部３２ｂによって、Ｙ方向に並んだ３つのビームに分配される。また、３つのビームに分配された光パルス１０８は、ビーム結合部３２ｃによって、光パルス１０９として１つのビームに結合される。このとき、３つに分配された光パルスの光路長をすべて等しくすることで、結合後の光パルス１０９を時間的に１つのピークを持つ短パルスにでき、Ｙ方向に曲率を持つシリンドリカルレンズを２枚組み合わせた構成を用いた場合と同様の効果が得られる。また、３つに分配された光パルスの間に光路長に差をつけることで、結合後の光パルス１０９を任意の時間間隔をもつパルス列とすることも可能である。
Next, the operation will be described. Since the basic operation of the
図８に、振幅・位相調整部３４の位置でＺ方向から見た往路の光パルス１０５と復路の光パルス１０６のビーム形状を示す。図８（ａ）は、図７に示すように、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃとして、１つの光パルスの光強度をＹ方向に並んだ３つの光パルスに分配し、また結合する光強度分配型ビーム分配装置を用いた場合のものである。また、図８（ｂ）は、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃとして、１つの光パルスを波長毎に分離して、Ｙ方向に並んだ３つの光パルスに分配し、また結合する波長分離型分配装置を用いた場合のものである。
FIG. 8 shows the beam shapes of the forward
図８において、ビーム分配部３２ｂでＹ方向にビームが分配されることで拡大し、回折格子対３３で波長毎にＸ方向に空間的に分波され、光パルスの異なる波長の波長成分が同じ空間領域を通ることがないため、振幅・位相調整部３４において波長毎に異なる振幅変化や位相変化を与えることができる。そのため、光パルスの持つ３次以上の波長分散を補償でき、短パルス化を可能にする。さらに、図８において、往路の光パルス１０５と復路の光パルス１０６のビーム位置が重ならないため、例えば、振幅・位相調整部３４において、往路の光パルスに振幅変調を与え、かつ復路の光パルスに位相変調を与えることなどで、振幅・位相調整の自由度を向上させることができるという効果を奏する。
In FIG. 8, the beam is distributed by being distributed in the Y direction by the
以上のように、この発明の実施の形態３によるパルス圧縮装置としての光パルス幅変換装置においては、上述のように構成されているので、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビームを分配することでビームを拡大できる。そして、実施の形態２と同様に、往路と復路の光パルスのビーム位置をずらすことによって、光パルスの平均パワーが大きくなった場合にも、パルス圧縮性能の劣化をさらに軽減することができ、かつ、光パルスに対して波長毎に異なる振幅変化や位相変化を与えることによって短パルス化を可能にするという効果を奏する。 As described above, the optical pulse width conversion device as the pulse compression device according to the third embodiment of the present invention is configured as described above, so that the spatial overlap between the wavelength components of the optical pulse due to chromatic dispersion is achieved. The beam can be expanded by distributing the beam of light pulses while suppressing the above. As in the second embodiment, by shifting the beam position of the forward and backward optical pulses, even when the average power of the optical pulse is increased, the deterioration of the pulse compression performance can be further reduced. In addition, there is an effect that the optical pulse can be shortened by giving different amplitude change and phase change for each wavelength.
また、この発明の実施の形態３では、往路と復路の光パルスのビーム位置をずらすことによって、実施の形態１のようにハーフミラー３１によって往路と復路の光パルスを分離する必要がなくなるという効果を奏する。
Further, in the third embodiment of the present invention, by shifting the beam positions of the forward and backward optical pulses, it is not necessary to separate the forward and backward optical pulses by the
なお、上述のように、この発明の実施の形態３では、振幅・位相調整部３４において、往路と復路の両方で光パルスに振幅・位相変調を与える場合を示したが、例えば、図６と同様に、振幅・位相調整部３４を往路のみに配置する構成などにより、往路または復路の片方のみで光パルスに振幅変調および／または位相変調を与えるようにしても良い。
As described above, in the third embodiment of the present invention, the amplitude /
実施の形態４．
この発明の実施の形態４による光パルス幅変換装置は、ビーム径拡大部を含むビーム拡大部において、入力した光パルスのビーム径をＹ方向（第１の方向）に拡大し、Ｙ方向と平行な溝が配列した回折格子を含む回折格子対と振幅・位相調整部と第２の回折格子対とからなる波長分散部において、Ｙ方向に垂直なＸ方向（第２の方向）に沿って波長に応じて空間的に光パルスを分散させるようにしたので、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビームを拡大できるようにすることができるものである。
Embodiment 4 FIG.
In the optical pulse width converter according to Embodiment 4 of the present invention, the beam diameter of the input optical pulse is expanded in the Y direction (first direction) in the beam expanding section including the beam diameter expanding section, and is parallel to the Y direction. Wavelength along the X direction (second direction) perpendicular to the Y direction in a wavelength dispersion unit including a diffraction grating pair including a diffraction grating in which various grooves are arranged, an amplitude / phase adjustment unit, and a second diffraction grating pair Since the optical pulse is spatially dispersed according to the above, it is possible to expand the beam of the optical pulse while suppressing the spatial overlap between the wavelength components of the optical pulse due to wavelength dispersion.
図９は、この発明の実施の形態４による光パルス幅変換装置を示す構成図である。図９（ａ）は上面図であり、紙面内の上方向を第２の方向としてのＸ方向、紙面に垂直な前方向を第１の方向としてのＹ方向、紙面内の右方向をＺ方向とする。図９（ｂ）は側面図であり、紙面に垂直な後方向をＸ方向、紙面内の上方向をＹ方向、紙面内の右方向をＺ方向とする。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。 FIG. 9 is a block diagram showing an optical pulse width conversion apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 9A is a top view, in which the upper direction in the drawing is the X direction as the second direction, the front direction perpendicular to the drawing is the Y direction as the first direction, and the right direction in the drawing is the Z direction. And FIG. 9B is a side view, in which the backward direction perpendicular to the paper surface is the X direction, the upward direction in the paper surface is the Y direction, and the right direction in the paper surface is the Z direction. In each figure, the same numerals indicate the same or corresponding parts.
図９において、図１と同一または相当部分についての重複する説明は省略する。図９において、３６は第２の波長分散素子としての回折格子対、３２ａはビーム径縮小部である。回折格子対３６は、Ｙ方向と平行な溝が配列した回折格子３６ａ、Ｙ方向と平行な溝が配列した回折格子３６ｂ、から構成されている。パルス圧縮装置３０ｃは、図１に示したパルス圧縮装置３０において、ハーフミラー３１、全反射鏡３５を取り除き、回折格子対３６、ビーム径縮小部３２ａを追加した構成である。なお、回折格子対３３と、振幅・位相調整部３４と、回折格子対３６と、で波長分散部を構成する。
In FIG. 9, the overlapping description of the same or corresponding parts as in FIG. 1 is omitted. In FIG. 9, 36 is a diffraction grating pair as a second wavelength dispersion element, and 32a is a beam diameter reducing portion. The
なお、ビーム径拡大部３２、ビーム径縮小部３２ａとして、図９に示すように、Ｙ方向に曲率を持つシリンドリカルレンズを２枚組み合わせた構成を用いることができる。また、例えば、ビーム径拡大部３２、ビーム径縮小部３２ａとして、同一形状のプリズムを２つ組み合わせて構成した、アナモルフィックプリズムを用いることができる。
As the beam
また、ビーム径拡大部３２、ビーム径縮小部３２ａとして、光パルスをＹ方向に波長毎に空間的に分波する波長分散素子である回折格子対やプリズム対などを用いることができる。これにより、光パルスが回折格子対３３、３６によって与えられる波長分散に加え、ビーム径拡大部３２、ビーム径縮小部３２ａでも波長分散を与えることができるため、光パルスに与える波長分散量の調節の自由度を向上させることができるという効果を奏する。
Further, as the beam
また、ビーム径拡大部３２、ビーム径縮小部３２ａは、光パルス１０２のＹ方向のビーム径を拡大し、縮小する機能をもつものであれば、どのような構成を用いても良い。
The beam
また、この発明の実施の形態４では、波長分散素子、第２の波長分散素子として、回折格子対３２、３６を用いている。波長分散素子、第２の波長分散素子として回折格子対を用いることにより、回折格子の溝の密度、光パルスの回折格子への入射角、回折格子間距離の調整によって、２次の波長分散量を容易に調整できるという効果を奏する。 In the fourth embodiment of the present invention, the diffraction grating pairs 32 and 36 are used as the wavelength dispersion element and the second wavelength dispersion element. By using a diffraction grating pair as the wavelength dispersion element and the second wavelength dispersion element, the second-order wavelength dispersion amount can be adjusted by adjusting the groove density of the diffraction grating, the incident angle of the optical pulse to the diffraction grating, and the distance between the diffraction gratings. There is an effect that can be easily adjusted.
また、この発明の実施の形態４では、波長分散素子、第２の波長分散素子として、回折格子対３２、３６の代わりにプリズム対を用いても良い。プリズム対は、Ｙ方向に頂角としての稜が配置された三角柱状の２つのプリズムを対向させたものである。波長分散素子、第２の波長分散素子としてプリズム対を用いることにより、回折格子対を用いた場合よりも、光パルスの伝搬効率が高くなるという効果を奏する。また、プリズム対を用いることにより、回折格子対を用いた場合よりも、熱変形しにくいことから、パルス圧縮性能が劣化するエネルギー密度を大きくできるという効果を奏する。 In Embodiment 4 of the present invention, a prism pair may be used in place of the diffraction grating pairs 32 and 36 as the wavelength dispersion element and the second wavelength dispersion element. The prism pair is formed by opposing two triangular prisms having ridges as apex angles in the Y direction. By using a prism pair as the wavelength dispersion element and the second wavelength dispersion element, there is an effect that the propagation efficiency of the optical pulse becomes higher than when the diffraction grating pair is used. In addition, the use of the prism pair has the effect of increasing the energy density at which the pulse compression performance deteriorates because it is less susceptible to thermal deformation than when the diffraction grating pair is used.
また、波長分散素子、第２の波長分散素子としては、光パルス１０３を波長毎に空間的に分離し、光パルス１０５を合波する機能をもつものであればどのような構成を用いても良い。
As the wavelength dispersion element and the second wavelength dispersion element, any configuration may be used as long as it has a function of spatially separating the
次にパルス圧縮装置３０ｃにおける動作について詳細に説明する。図９において、パルス圧縮装置３０ｃに入力された光パルス１０２は、ビーム径拡大部３２によって、Ｘ方向のビーム径を保ったまま、Ｙ方向のビーム径が拡大される。ビーム径拡大部３２を通過後の光パルス１０３は、回折格子対３３によって波長分散を与えられ、波長毎にＸ方向に空間的に分波される。回折格子対３３を通過後の光パルス１０４は、振幅・位相調整部３４によって、空間毎に異なる振幅変化および／または位相変化を与えられる。振幅・位相調整部３４を通過後の光パルス１０５は、回折格子対３６によって波長分散を与えられ、光パルスの全ての波長成分が同一の空間領域を通過するように合波される。回折格子対３６を通過後の光パルス１０８は、ビーム径縮小部３２ａに入射し、Ｘ方向のビーム径を保ったまま、Ｙ方向のビーム径が縮小されて、光パルス１０９になる。このとき、光パルス１０９は、光パルス１０２と同じビーム形状をもつ。光パルス１０９は、パルス圧縮装置３０ｃから出力される。
Next, the operation in the
以上のように、この発明の実施の形態４によるパルス圧縮装置としての光パルス幅変換装置においては、上述のように構成されているので、実施の形態１と同様に、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビーム径を拡大することでビームを拡大できる。これにより、光パルスのパワーが大きくなった場合にも、パルス圧縮性能の劣化を防ぐことができ、かつ、光パルスに対して波長毎に異なる振幅変化や位相変化を与えることによって短パルス化を可能にするという効果を奏する。 As described above, the optical pulse width conversion device as the pulse compression device according to the fourth embodiment of the present invention is configured as described above. The beam can be expanded by expanding the beam diameter of the optical pulse while suppressing the spatial overlap between the wavelength components. As a result, even when the power of the optical pulse is increased, the pulse compression performance can be prevented from being deteriorated, and the optical pulse can be shortened by changing the amplitude and the phase different for each wavelength. It has the effect of making it possible.
また、この発明の実施の形態４では、実施の形態１のようにハーフミラー３１によって往路と復路の光パルスを分離する必要がないため、装置の設計が容易になるという効果を奏する。
Further, in the fourth embodiment of the present invention, it is not necessary to separate the forward and backward optical pulses by the
実施の形態５．
この発明の実施の形態５による光パルス幅変換装置は、ビーム分配部を含むビーム拡大部において、入力した光パルスを複数のビームに分配することでＹ方向（第１の方向）にビームを拡大し、Ｙ方向と平行な溝が配列した回折格子を含む回折格子対と振幅・位相調整部と第２の回折格子対とからなる波長分散部において、Ｙ方向に垂直なＸ方向（第２の方向）に沿って波長に応じて空間的に光パルスを分散させるようにしたので、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビームを拡大できるようにすることができるものである。
Embodiment 5 FIG.
In the optical pulse width converter according to Embodiment 5 of the present invention, the beam expanding unit including the beam distributing unit expands the beam in the Y direction (first direction) by distributing the input optical pulse to a plurality of beams. In the chromatic dispersion unit including the diffraction grating pair including the diffraction grating in which grooves parallel to the Y direction are arranged, the amplitude / phase adjustment unit, and the second diffraction grating pair, the X direction (second The optical pulse is dispersed spatially according to the wavelength along the direction), so that the beam of the optical pulse can be expanded while suppressing the spatial overlap between the wavelength components of the optical pulse due to wavelength dispersion. It is something that can be done.
図１０は、この発明の実施の形態５による光パルス幅変換装置を示す構成図である。図１０（ａ）は上面図であり、紙面内の上方向を第２の方向としてのＸ方向、紙面に垂直な前方向を第１の方向としてのＹ方向、紙面内の右方向をＺ方向とする。図１０（ｂ）は側面図であり、紙面に垂直な後方向をＸ方向、紙面内の上方向をＹ方向、紙面内の右方向をＺ方向とする。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。 FIG. 10 is a block diagram showing an optical pulse width conversion apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. FIG. 10A is a top view, in which the upper direction in the drawing is the X direction as the second direction, the front direction perpendicular to the drawing is the Y direction as the first direction, and the right direction in the drawing is the Z direction. And FIG. 10B is a side view, in which the rearward direction perpendicular to the paper surface is the X direction, the upward direction in the paper surface is the Y direction, and the rightward direction in the paper surface is the Z direction. In each figure, the same numerals indicate the same or corresponding parts.
図１０において、図９と同一または相当部分についての重複する説明は省略する。図１０において、３２ｂはビーム拡大部としてのビーム分配部、３２ｃはビーム結合部である。パルス圧縮装置３０ｄは、図９に示したパルス圧縮装置３０ｃにおいて、ビーム径拡大部３２をビーム分配部３２ｂに代え、ビーム径縮小部３２ａをビーム結合部３２ｃに代えた構成である。
In FIG. 10, the overlapping description of the same or corresponding parts as in FIG. 9 is omitted. In FIG. 10, 32b is a beam distribution unit as a beam expanding unit, and 32c is a beam combining unit. The
なお、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃとして、１つの光パルスの光強度をＹ方向に並んだ少なくとも２つの光パルスに分配し、また結合する光強度分配型ビーム分配装置を用いることができる。光強度分配型ビーム分配装置として、例えば、図１０（ａ）と図１０（ｂ）に示すような配置で、少なくとも２枚のハーフミラーを組み合わせた構成を用いることができる。ビーム拡大部として、光強度分配型ビーム分配装置を用いることにより、光パルスの平均パワーが大きい場合に、シリンドリカルレンズやアナモルフィックプリズムを用いて光パルスを拡大する構成では波面収差が生じてしまうような場合にも、光パルスに波面収差を生じさせることなく光パルスを分配することでビームを拡大できるという効果を奏する。
As the
また、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃとして、１つの光パルスを波長毎に分離して、Ｙ方向に並んだ少なくとも２つの光パルスに分配し、また結合する波長分離型分配装置を用いることができる。波長分離型分配装置として、例えば、波長によって透過率の異なる特性をもつミラー（フィルタ）を、図１０（ａ）と図１０（ｂ）に示すような配置で、少なくとも２枚組み合わせた構成を用いることができる。ビーム拡大部として、波長分離型ビーム分配装置を用いることにより、光強度分配型ビーム分配装置を用いた場合よりも、光パルスのパワーの損失を小さくできるという効果を奏する。
Further, as the
また、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃとして、１つの光パルスを偏光方向によって分離して、Ｙ方向に並んだ少なくとも２つの光パルスに分配し、また結合する偏光分離型ビーム分配装置を用いることができる。偏光分離型ビーム分配装置として、例えば、１／４波長板と偏光子を組み合わせた構成を用いることができる。この構成では、例えば、直線偏光の光パルスを１／４波長板に入射させて円偏光の光パルスに変換し、その後、偏光子に入射させて偏光方向の異なる成分を分離することで、１つの光パルスを偏光方向の異なる２つの光パルスに分配することができる。ビーム拡大部として、偏光分離型ビーム分配装置を用いることにより、光強度分配型ビーム分配装置や波長分離型ビーム分配装置を用いた場合よりも、光パルスのパワーの損失を小さくできるという効果を奏する。
Further, as the
また、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃとしては、光パルスをＹ方向に並んだ少なくとも２つの光パルスに分配し、また結合する機能を持つものであれば、どのような構成を用いても良い。
As the
次に動作について説明する。パルス圧縮装置３０ｄにおける基本的な動作は、パルス圧縮装置３０ｃと同様なので、重複する説明を省略し、ここでは、ビーム分配部３２ｂ、ビーム結合部３２ｃに関する動作について説明する。図１０において、光パルス１０２は、ビーム分配部３２ｂによって、Ｙ方向に並んだ４つのビームに分配される。また、４つのビームに分配された光パルス１０８は、ビーム結合部３２ｃによって、光パルス１０９として１つのビームに結合される。このとき、４つに分配された光パルスの光路長をすべて等しくすることで、結合後の光パルス１０９を時間的に１つのピークを持つ短パルスにでき、Ｙ方向に曲率を持つシリンドリカルレンズを２枚組み合わせた構成を用いた場合と同様の効果が得られる。また、４つに分配された光パルスの間に光路長に差をつけることで、結合後の光パルス１０９を任意の時間間隔をもつパルス列とすることも可能である。
Next, the operation will be described. Since the basic operation of the
以上のように、この発明の実施の形態５によるパルス圧縮装置としての光パルス幅変換装置においては、上述のように構成されているので、実施の形態３と同様に、波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビームを分配することでビームを拡大できる。これにより、光パルスのパワーが大きくなった場合にも、パルス圧縮性能の劣化を防ぐことができ、かつ、光パルスに対して波長毎に異なる振幅変化や位相変化を与えることによって短パルス化を可能にするという効果を奏する。 As described above, the optical pulse width conversion device as the pulse compression device according to the fifth embodiment of the present invention is configured as described above. Therefore, as in the third embodiment, the optical pulse generated by chromatic dispersion is used. The beam can be expanded by distributing the beam of optical pulses while suppressing spatial overlap between wavelength components. As a result, even when the power of the optical pulse is increased, the pulse compression performance can be prevented from being deteriorated, and the optical pulse can be shortened by changing the amplitude and the phase different for each wavelength. It has the effect of making it possible.
また、この発明の実施の形態５では、実施の形態４と同様に、実施の形態１のようにハーフミラー３１によって往路と復路の光パルスを分離する必要がないため、装置の設計が容易になるという効果を奏する。
Further, in the fifth embodiment of the present invention, as in the fourth embodiment, it is not necessary to separate the forward and backward optical pulses by the
なお、上述のように、この発明の実施の形態１〜５では、光パルスのビームを拡大する第１の方向をＹ方向に設定し、波長に応じて空間的に光パルスを分散させる第２の方向をＸ方向に設定して、第１の方向が第２の方向と垂直な場合を示したが、第１の方向と第２の方向との角度は、これに限られるものではない。波長分散による光パルスの波長成分間の空間的な重なりを抑えつつ光パルスのビームを拡大できるようにするという効果は、第１の方向が第２の方向と垂直な場合に最適となるものの、第１の方向が第２の方向と異なる方向であれば、円形ビームの場合に対して同様の効果を奏するのである。 As described above, in the first to fifth embodiments of the present invention, the first direction for expanding the beam of the light pulse is set to the Y direction, and the second light beam is spatially dispersed according to the wavelength. However, the angle between the first direction and the second direction is not limited to this, but the X direction is set as the X direction and the first direction is perpendicular to the second direction. The effect of enabling the beam of the optical pulse to be expanded while suppressing the spatial overlap between the wavelength components of the optical pulse due to chromatic dispersion is optimal when the first direction is perpendicular to the second direction, If the first direction is different from the second direction, the same effect is obtained for a circular beam.
また、上述のように、この発明の実施の形態１〜５では、ビーム拡大部がビーム径拡大部またはビーム分配部のいずれか１つを含む場合を示したが、ビーム拡大部がビーム径拡大部とビーム分配部の両方を含むようにしても良い。これは、例えば、実施の形態３では、図７において、全反射鏡３１ａとビーム分配部３２ｂとの間に、ビーム径拡大部３２を追加することで実現可能である。
Further, as described above, in
また、上述のように、この発明の実施の形態１〜５では、パルス圧縮装置として機能させる場合を示したが、波長分散をもたない光パルスを入力することで、光パルスに負の波長分散を与えてパルス幅を拡げることができるため、パルス伸長装置としても機能させることができる。このように、この発明に係る光パルス幅変換装置は、光パルスのパルス幅の圧縮または伸長、要するにパルス幅の変換を行う機能をもつのである。
In addition, as described above, in
また、上述のように、この発明に係る光パルス幅変換装置は、超短光パルス発生装置への適用に有用であるが、用途はこれに限られるものではない。 Further, as described above, the optical pulse width conversion device according to the present invention is useful for application to an ultrashort optical pulse generator, but the application is not limited thereto.
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ パルス圧縮装置
３２ ビーム径拡大部
３２ｂ ビーム分配部
３３、３６ 回折格子対
３３ａ、３３ｂ、３６ａ、３６ｂ 回折格子
３４ 振幅・位相調整部
３５ 全反射鏡
３５ａ １８０度折り返しプリズム
30, 30a, 30b, 30c, 30d
Claims (12)
前記ビーム拡大部からの光パルスを波長に応じて第２の方向に沿って遅延させる波長分散部と、
を備えたことを特徴とする光パルス幅変換装置。 A beam expanding section that expands the beam of the input optical pulse so as to be larger in the first direction than in the second direction;
A wavelength dispersion unit that delays the light pulse from the beam expanding unit along the second direction according to the wavelength;
An optical pulse width conversion device comprising:
前記ビーム拡大ステップによる光パルスを波長に応じて第２の方向に沿って遅延させる波長分散ステップと、
を備えたことを特徴とする光パルス幅変換方法。 A beam expanding step of expanding the beam of the input optical pulse so as to be larger in the first direction than in the second direction;
A chromatic dispersion step of delaying the optical pulse from the beam expansion step along a second direction according to the wavelength;
An optical pulse width conversion method comprising:
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|---|---|---|---|---|
| JP2020146279A (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | オムロン株式会社 | Push button for game machine, and illumination device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06177471A (en) * | 1992-07-02 | 1994-06-24 | Etsuo Fujiwara | Semiconductor laser excited solid-state laser using prism enlarger |
| JPH09211504A (en) * | 1996-02-06 | 1997-08-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Laser pulse compressor |
| JPH11330592A (en) * | 1998-05-19 | 1999-11-30 | Nikon Corp | Laser optical source and aligner having the same |
| JP2001174764A (en) * | 1999-12-14 | 2001-06-29 | Japan Science & Technology Corp | Super broad-band variable wavelength multiplexed pulse waveform shaping device |
| JP2005294409A (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Mitsubishi Electric Corp | Coherent light coupling device |
| JP2006049839A (en) * | 2004-07-06 | 2006-02-16 | Komatsu Ltd | High-power gas laser device |
-
2006
- 2006-06-19 JP JP2006168785A patent/JP2007334225A/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06177471A (en) * | 1992-07-02 | 1994-06-24 | Etsuo Fujiwara | Semiconductor laser excited solid-state laser using prism enlarger |
| JPH09211504A (en) * | 1996-02-06 | 1997-08-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Laser pulse compressor |
| JPH11330592A (en) * | 1998-05-19 | 1999-11-30 | Nikon Corp | Laser optical source and aligner having the same |
| JP2001174764A (en) * | 1999-12-14 | 2001-06-29 | Japan Science & Technology Corp | Super broad-band variable wavelength multiplexed pulse waveform shaping device |
| JP2005294409A (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Mitsubishi Electric Corp | Coherent light coupling device |
| JP2006049839A (en) * | 2004-07-06 | 2006-02-16 | Komatsu Ltd | High-power gas laser device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020146279A (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | オムロン株式会社 | Push button for game machine, and illumination device |
| JP7120092B2 (en) | 2019-03-14 | 2022-08-17 | オムロン株式会社 | Push buttons for game machines, illumination devices |
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