JPH1187828A

JPH1187828A - 繰り返し周波数の安定化された光パルス源

Info

Publication number: JPH1187828A
Application number: JP24561297A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Naganuma; 和則長沼; Shigeo Ishibashi; 茂雄石橋; Yuzo Ishida; 祐三石田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-09-10
Filing date: 1997-09-10
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】如何に高い繰り返し周波数を持つ光パルス源
に対しても有効で、電子回路による雑音の増加を最小限
に留めた繰り返し周波数の安定化された光パルス源を提
供。【解決手段】レーザ共振器１００からの光パルス列の
一部を分岐鏡１０２により分岐し、分岐鏡１０３により
更に２分し、うち一方のパルス列を波形整形器１０５を
通して、パルス繰り返し周期の整数倍に等しい遅延を与
える光学遅延線１０６を伝搬させた後、分岐鏡１０３に
より２分された他方のパルス列とともに、相互相関器１
０７に入射する。相互相関器は２つのパルス列を非線形
結晶１１８に入射させることで発生させた非線形信号を
電気信号に変換して相互相関信号Ｇ_c として出力する。
相互相関信号電圧と基準電圧１０８との差が積分回路１
０９に入力し、積分回路１０９の出力に基づき駆動回路
１１０により共振器長調整機構１０１が駆動され、レー
ザ共振器の共振器長が調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピコ秒からフェム
ト秒領域の超短時間幅を持つ光パルスを発生する光パル
ス源について、その繰り返し周波数を安定化する技術に
関する。特に、廉価に実現でき、また、如何に高い繰り
返し周波数を持つ光パルス源に対しても実施可能な繰り
返し周波数の安定化された光パルス源を提供する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信あるいは光情報処理をはじ
めとする多数の産業・学問分野で、ピコ秒からフェムト
秒領域の超高速光信号の適用が隆盛してきており、かか
る超高速光信号を発生する装置についての需要が増して
きた。このような超高速光信号の最も基本的な形態は、
非常に時間幅の短い光パルスであり、一旦、このような
極短光パルスが得られれば、派生的に他の信号波形に変
換できることが知られている。

【０００３】現在、超短光パルスを発生する方法のうち
で、最も時間幅の短い光パルスを最も高い繰り返し周波
数で、しかも安定に発生できるのは、レーザ光源自体の
持つ光非線形効果に起因するパルス発生動作による場合
であり、この種のパルス発生動作は総称的に受動モード
同期、あるいは自己モード同期と呼ばれている。これに
相対する方法として、外部から変調信号をレーザ光源に
印加して行うパルス発生動作があり、能動モード同期、
あるいは強制モード同期と呼ばれる。

【０００４】何れのパルス発生動作においても、光パル
スの繰り返し周波数は、レーザ共振器の周回時間の逆数
の整数倍となる。後者の能動モード同期法の発生動作で
は、この共振器長で決まる繰り返し周波数の、整数分の
１、あるいは整数倍の周波数の変調信号を印加して、光
パルスを成長させる。ここでレーザ共振器長は、温度変
化によるドリフト、あるいは振動による揺らぎによって
不可避的に変化するという事情を想起されたい。この
際、後者の能動モード同期法では、共振器長で決まる繰
り返し周波数と、変調信号の周波数の間に齟齬が生じ、
パルス動作が不安定となるか、または発生する光パルス
の時間幅が広がる。ただし、光パルスの繰り返し周波数
は、変調信号の周波数を優先して決まる。これに対し
て、前者の受動モード同期法では、レーザ共振器長が変
化しても、パルス動作は安定で、光パルスの時間幅も不
変であるが、光パルスの繰り返し周波数が変化してしま
う。

【０００５】光パルス源から発生された超短光パルスを
応用する際、光パルスの繰り返し周波数の揺動が望まし
くない場合が多い。例えば、光パルスを用いた計測シス
テムを構築する際、得られる時間分解能はパルスの同期
精度に依存するので、繰り返し周波数の揺動によるジッ
ターがあると、時間分解能が損なわれることとなる。こ
のような場合、受動モード同期法によって発生された光
パルスの、時間幅の短さが無意味と化してしまう。それ
故、従来から、受動モード同期レーザの共振器長を制御
して、発生される光パルスの繰り返し周波数を安定化す
る努力が払われてきた。

【０００６】図７は、このような従来例の構成を示し、
安定な基準発振器を用い、その発振出力に発生される光
パルスの繰り返し周波数を同期する方法を採用してい
る。このような方法は、IEEE Journal of Quantum Elec
tronics 誌・２８巻（１９９２年）・２８９−２９６
頁、あるいはOptics Letters誌・１９巻（１９９４年）
・４８１−４８３頁に開示されている。

【０００７】図７の例において、レーザ共振器５００
は、その内部に変位鏡５２２を備え、変位鏡５２２によ
りその共振器長を制御できるように構成されている。レ
ーザ共振器５００から発生する光パルス列の一部が分岐
鏡５０２により分岐されて、反射鏡５０４を経て高速光
検出器５３０に入射する。光パルス列の繰り返し周波数
をｆとすると、この高速光検出器５３０の電気出力は、
ｆの整数倍の周波数を持つ正弦波状のビート信号の重ね
合わせとなる。この出力のうち、ｆのｍ（ｍは零でない
整数）倍の正弦波成分を、高周波増幅器５３１により増
幅して光パルスの繰り返し周波数の安定化に用いる。

【０００８】高周波増幅器５３１で増幅された正弦波成
分は、基準発振器５３２の出力とともに高周波混合器５
３３に印加される。ここで、基準発振器５３２の発振周
波数ｆ_ref はｍｆの近傍に設定される。高周波混合器５
３３は、印加された２つの入力の和および差の周波数を
出力する。このうち、差成分である周波数ｍｆ−ｆ_ref
の信号を、低域濾波器５３４によって抽出し、積分回路
５０９を介して変位鏡５２２の駆動回路５１０に供給す
る。

【０００９】このように自走周波数ｆの発振器に対し
て、差周波数ｍｆ−ｆ_ref を誤差信号として周波数制御
端子へ帰還し、発振器の発振周波数をｆ_ref ／ｍに安定
化する方法は、一般に、位相ロックループ（ＰＬＬ）と
いう名で知られている。こうして、この従来の繰り返し
周波数の安定化された光パルス源において、光パルス列
の繰り返し周波数が基準発振器５３２の発振周波数ｆ
_ref の１／ｍに引き込まれ、繰り返し周波数の安定化が
実現される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の繰り返し周波数の安定化された光パルス源には、以下
のような問題がある。

【００１１】上述の従来の安定化方法では、安定化に用
いる正弦波成分の逓倍数ｍが大きいほど良好な安定化が
期待できることは明らかである。なぜなら、繰り返し周
期ｆの変化に対する誤差信号ｍｆ−ｆ_ref の変化は、逓
倍数ｍに比例するからである。ところが、従来の安定化
方法では、高速光検出器５３０、高周波増幅器５３１、
基準発振器５３２、および高周波混合器５３３の帯域制
限により、設定できる逓倍数ｍには限りがある。

【００１２】一方、元来の光パルス列に含まれる繰り返
し周波数ｆの高調波を考えると、パルス列のデューティ
比、すなわちパルス幅の繰り返し周期に対する比、の逆
数程度の次数の高調波が存在する。例えば、繰り返し周
波数ｆが２００ＭＨｚ、幅５０ｆｓ（フェムト秒）のパ
ルス列には、１００００次以上の高調波が含まれる。こ
れに対して、上述の従来の安定化方法で、基準発振器５
３２の周波数ｆ_ref を１０ＧＨｚに設定したとしても、
逓倍数ｍは高々５０に過ぎず、元来のモード同期レーザ
光源の短パルス性が、十分に活かされていない。

【００１３】さらに、繰り返し周波数ｆが元々高いレー
ザ光源、たとえばｆが１００ＧＨｚのモード同期半導体
レーザに対しては、逓倍数ｍを１にすら設定し難い。上
記でｍは零でない整数でなければならなかったことを想
起すれば、この場合、従来の方法ではそもそも安定化動
作が達成できない。

【００１４】また一般に、繰り返し周波数ｆあるいは逓
倍数ｍが高くなるに従って、用いる電子回路、すなわち
高速光検出器５３０、高周波増幅器５３１、基準発振器
５３２、および高周波混合器５３３が高価となる。特
に、マイクロ波帯の低雑音な基準発振器５３２の価格
は、レーザ光源自体の価格を容易に越えるに至り、繰り
返し周波数の安定化された光パルス源全体の経済性を損
なう結果となる。

【００１５】従来の安定化方法には、以上に述べた電子
回路の帯域制限や価格による限界に加えて、例え安定化
動作が達成されたとしても、原理的に、繰り返し周波数
の安定性が基準発振器の発振周波数の安定性を越え得な
いという根本的制約がある。この制約は、既に過去のも
のとなりつつある不安定な超短光パルス光源については
問題とはされなかったが、超短光パルス光源の進歩に伴
ない、著しい問題として浮上してきている。

【００１６】上述のように、光パルス列を高速光検出器
５３０で受光すると、その電気出力は、繰り返し周波数
ｆの整数倍の周波数を持つ正弦波状のビート信号の重ね
合わせとなる。ここで、繰り返し周波数に揺動が無い
と、各々の正弦波成分は周波数軸上で完全な線スペクト
ルを持つ。逆に、周波数軸上でビート信号を観測すれ
ば、線スペクトルの周りに現れる位相雑音パワーから、
繰り返し周波数に揺動を高感度に検出することができ、
この測定法は位相雑音測定法と呼ばれている。

【００１７】図８は従来の安定化方法により逓倍数ｍ＝
５として安定化を行ったＣｒドープＹＡＧ（イットリウ
ム・アルミニウム・ガーネット）レーザについて、上記
の位相雑音測定法を用いて、繰り返し周波数の揺動を、
安定化前後について測定した結果を示す。図８中、破線
は、安定化を行わない自走状態のＣｒドープＹＡＧレー
ザの位相雑音パワースペクトルを示す。一方、実線は、
安定化後の同レーザの位相雑音パワースペクトルを示
す。これらを比較すると、７００Ｈｚ以下の周波数領域
では、安定化によって位相雑音の減少が見られ、従来法
によって繰り返し周波数の揺動が抑圧されていることが
分かる。

【００１８】ところが、７００Ｈｚ以上では、逆に、安
定化動作によって位相雑音が増す結果となっている。さ
らに、７００Ｈｚ以下の周波数領域でも、１００Ｈｚ、
１５０Ｈｚ、２５０Ｈｚ、３００Ｈｚおよび６００Ｈｚ
といった電源周波数（この場合５０Ｈｚ）の倍音におい
て、位相雑音の低減が目立って劣っている。これらの測
定結果は、用いた基準発振器５３２の位相雑音特性が、
安定化動作によって、光パルス列に移譲されていること
を示唆している。現在の、超短光パルス光源では、自走
状態の数百Ｈｚ以上の周波数領域で、位相雑音が著しく
小さく、電子発振器の位相雑音と比肩するか、または優
越するに至っている。これは、そもそも、電子発振器と
光発振器（レーザ光源）の発生する電磁波の量子として
のエネルギーの違いによって来る性質であり、理想状態
では、このエネルギーが高く熱雑音領域から離されてい
る光発振器の方が原理的に雑音が小さくできる。従っ
て、光発振器たるレーザ光源に、電気発振器の雑音を移
譲することとなる従来の安定化方法は、物理法則によっ
てレーザ光源に元来付与されている可能性を、かえって
損なうものと見ることができる。

【００１９】以上述べたように、位相ロックループを用
いてモード同期レーザ光源のパルス繰り返し周波数を基
準発振器の周波数に引き込む従来の繰り返し周波数の安
定化された光パルス源は、（１）電子回路の帯域制限に
よってモード同期レーザ光源の短パルス性が活かされ
ず、また（２）高周波電子回路の価格によって経済性が
損なわれ、さらに（３）元来レーザ光源の低雑音性が優
越している周波数領域で、雑音を増大する結果となると
いう解決すべき課題があった。

【００２０】本発明の目的は、従来技術におけるこれら
の困難な課題を解決し、如何に高い繰り返し周波数を持
つ光パルス源に対しても有効で、かつ廉価に実現でき、
さらに電子回路による雑音の増加を最小限に留めた繰り
返し周波数の安定化された光パルス源を提供することに
ある。

【００２１】本発明のさらなる目的は、高周波電子回路
の帯域による制限が無く、それによりモード同期レーザ
光源の短パルス性と高繰り返し性の双方が安定化に有利
に働き、また適用可能な繰り返し周波数に上限がない、
さらに電子回路による雑音の流入が少ない利点を有する
繰り返し周波数の安定化された光パルス源を提供するこ
とにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の繰り返し周波数の安定化された光パルス源
は、レーザ共振器から発生されたパルス列を分岐手段で
２分し、一方のパルス列にパルス繰り返し周期の零以外
の整数倍に等しい遅延を与えた後、他方のパルス列とと
もに、光非線形効果を呈する媒質（例えば、非線形結
晶）内に入射結焦し、この媒質内で発生する非線形信号
を電気信号に変換し、この電気信号に基づいてレーザ共
振器の共振器長を制御することを特徴とする。

【００２３】この制御の態様の１つとして、上記電気信
号が一定値となるように共振器長を調整する直流的な方
法がある。

【００２４】また制御の他の態様として、上記２分され
たパルス列の一方に周期的に変化する遅延を与え、上記
電気信号がこの遅延の変化に伴なって変化しないように
共振器長を調整する交流的な方法がある。

【００２５】上記整数倍に等しい遅延は、光ファイバに
よって与えることができる。このとき、その光ファイバ
の入射端に、当該光ファイバ中の伝搬によるパルス幅の
広がりが小さいパルス波形に整形するための光学系を設
けることが好ましい。

【００２６】更に詳述すると、請求項１の発明は、光パ
ルス列を発生するためのレーザ共振器に該共振器の光学
長を調整する機構を備え、該光学長を調整することによ
り光パルス列の繰り返し周波数を安定化する光パルス源
において、前記レーザ共振器から発生した光パルス列を
分岐する分岐手段と、該分岐手段により分岐された一方
の光パルス列にパルス繰り返し周期の零でない整数倍の
遅延を与える遅延手段と、前記分岐手段により分岐され
たままの他方の光パルス列と前記遅延手段により遅延さ
れた光パルス列の両方の光パルス列を共に光非線形効果
を有する媒質内に入射結焦する光学手段と、前記非線形
効果を有する媒質内で発生する非線形信号を電気信号に
変換する変換手段と、前記電気信号に基づいて前記レー
ザ共振器の光学長を調整する機構を駆動する駆動制御手
段とを具備することを特徴とする。

【００２７】ここで、前記駆動制御手段は前記電気信号
が一定値となるように前記レーザ共振器の光学長を調整
する機構を駆動するとすることができる。

【００２８】また、前記変換手段が光検出手段であり、
前記駆動制御手段は、前記光検出手段から出力する前記
電気信号を所定の基準電圧と比較する比較手段と、該比
較手段の出力信号を基に前記電気信号が前記基準電圧と
一致するように前記レーザ共振器の光学長を調整する機
構を駆動する駆動手段とを有するとすることができる。

【００２９】更に、前記非線形効果を有する媒質が２倍
波発生効果を示す非線形結晶あるいは２光子吸収効果を
示す材料であり、かつ前記変換手段が光検出手段である
か、または、前記非線形効果を有する媒質と前記変換手
段が２光子吸収効果を示す一つの半導体光検出器によっ
て兼ねられているとすることができる。

【００３０】更に、前記遅延手段が光ファイバであると
することができる。

【００３１】更に、前記光ファイバの入射端にパルス波
形を整形する波形整形手段を備えるとすることができ
る。

【００３２】更に、前記パルス繰り返し周期の零でない
整数倍の遅延を与えるパルス列に対して、該パルス繰り
返し周期の零でない整数倍の遅延を与える前に周期的に
変化する遅延を与える周期的遅延手段と、前記電気信号
のうち前記周期的に変化する遅延の周期と同相の成分の
みを抽出する信号抽出手段とを更に有し、該同相の成分
を基にして前記駆動制御手段により前記共振器の光学長
を調整する機構を駆動するとすることができる。

【００３３】更に、前記パルス繰り返し周期の零でない
整数倍の遅延を与えない他方のパルス列に対して、周期
的に変化する遅延を与える周期的遅延手段と、前記電気
信号のうち前記周期的に変化する遅延の周期と同相の成
分のみを抽出する信号抽出手段とを更に有し、該同相の
成分を基にして前記駆動制御手段により前記共振器の光
学長を調整する機構を駆動するとすることができる。

【００３４】更に、前記周期的遅延手段が発振器と該発
振器に接続された変位鏡とで構成され、前記変換手段が
光検出手段であり、該光検出手段から出力する前記電気
信号のうち前記周期的に変化する遅延の周期と同相の成
分のみを抽出する前記信号抽出手段が、前記発振器と接
続された位相検波増幅器であるとすることができる。

【００３５】更に、前記遅延手段が光ファイバであると
することができる。

【００３６】更に、前記光ファイバの入射端にパルス波
形を成形する波形整形手段を備えるとすることができ
る。

【００３７】更に、前記非線形効果を有する媒質が２倍
波発生効果を示す非線形結晶あるいは２光子吸収効果を
示す材料であり、かつ前記変換手段が光検出手段である
か、または、前記非線形効果を有する媒質と前記変換手
段が２光子吸収効果を示す一つの半導体光検出器によっ
て兼ねられているとすることができる。

【００３８】請求項１３の発明は、光パルス列を発生す
るためのレーザ共振器と、該レーザ共振器の光学長を調
整する共振器長調整機構と、前記レーザ共振器から発生
した光パルス列を分岐する第１の分岐鏡と、該第１の分
岐鏡で分岐れた一方の光パルス列を更に分岐する第２の
分岐鏡と、該第２の分岐鏡により分岐された一方の光パ
ルス列にパルス繰り返し周期の零でない整数倍の遅延を
与える光学遅延線と、該光学遅延線の入力端に接続して
入力した光パルス列のパルス波形を整形する波形整形器
と、前記第２の分岐鏡により分岐されたままの他方の光
パルス列と前記光学遅延線により遅延された光パルス列
の両方の光パルス列を共に光非線形効果を有する媒質内
に入射結焦し、該非線形効果を有する媒質内で発生する
非線形信号を電気信号に変換する相互相関器と、該相互
相関器から出力する前記電気信号を基準電圧と比較する
積分回路と、該該積分回路の出力信号を基に前記電気信
号が前記基準電圧と一致するように前記共振器長調整機
構を駆動する駆動駆動回路とを具備することを特徴とす
る。

【００３９】ここで、前記相互相関器は、前記第２の分
岐鏡により分岐されたままの他方の光パルス列と前記光
学遅延線により遅延された光パルス列の両方の光パルス
列を共に光非線形効果を有する媒質内に入射結焦するた
めの光学手段である反射鏡、直角反射プリズム、集束レ
ンズと、前記非線形効果を有する媒質である２倍波発生
効果を示す非線形結晶と、該非線形結晶で発生する非線
形信号を電気信号に変換するための絞り、集光レンズ、
光検出器とを有するとすることができる。

【００４０】また、前記相互相関器は、前記第２の分岐
鏡により分岐されたままの他方の光パルス列と前記光学
遅延線により遅延された光パルス列の両方の光パルス列
を共に光非線形効果を有する媒質内に入射結焦するため
の光学手段である反射鏡、直角反射プリズム、集束レン
ズと、前記非線形効果を有する媒質と該媒質内で発生す
る非線形信号を電気信号に変換する手段を兼ねる２光子
吸収効果を示す半導体光検出器とを有することができ
る。

【００４１】（作用）本発明では、レーザ共振器から発
生されたパルス列を２分し、一方のパルス列にパルス繰
り返し周期１／ｆのＭ（Ｍは零以外の整数）倍に等しい
遅延Ｔd を与えた後、他方のパルス列とともに、光非線
形効果を呈する媒質内に入射結焦し、この媒質内で発生
する非線形信号を電気信号に変換する。

【００４２】一般に、光非線形効果を呈する媒質内で、
２つの光パルスを相互作用せしめ、発生する非線形信号
の大きさを計測することで、相互相関信号と呼ばれる信
号が得られる。ここで用いられる光非線形効果の次数お
よび種別、またその結果として非線形信号のとる態様に
は、種々ある。例えば、二次の光非線形効果としては、
２倍波発生効果、または、二光子吸収効果が良く用いら
れる。

【００４３】前者の２倍波発生効果では、入射する２つ
の光の波長の半分、すなわち波長λに対してλ／２の波
長の光（２倍波光）が発生されるので、この２倍波光波
長に感度を有する光検出器によって変換し、２倍波光の
パワーに比例した電気信号を得る。後者の二光子吸収効
果では、入射する２つの光から各々１つずつ光子を得て
起こる二光子遷移に伴なって媒質の透過率が減少するの
で、入射光を入射光波長に感度を有する光検出器によっ
て変換し、透過率変化に比例した電気信号を得る。ある
いは半導体材料にあっては電極を装着し二光子遷移に伴
なって生ずるキャリアをその電極で集電することで、直
接、二光子遷移確率に比例した電気信号を得ることもで
きる。

【００４４】三次の光非線形効果としては、光カー効
果、または結合調発生効果が用いられ、入射光を適当な
光検出器によって変換して、それぞれの効果の大きさに
比例した電気信号を得る。

【００４５】さらに、通例は、一光子の実遷移を伴わな
い非共鳴非線形効果が用いられ、この場合、光非線形媒
質または素子は実用上瞬時応答を示すと見なすことがで
きる。従って、例えば、二次の光非線形効果を用いた場
合の相互相関信号Ｇ_c の表式として、

【００４６】

【数１】

【００４７】が得られる。ここで、Ｉ₁ （ｔ）は遅延を
付与する方のパルス列の強度波形、Ｉ₀ （ｔ）は他方の
パルス列の強度波形を表す。被積分関数Ｉ₁ （ｔ−Ｔ
_d ）Ｉ₀（ｔ）は、非線形結晶で発生された２倍波の強
度波形、積分は、光パルスに比して十分遅い応答時間を
持つ光検出器による光電変換の効果を表している。

【００４８】ここで、遅延Ｔ_d がパルス繰り返し周期１
／ｆのＭ倍に等しいことを用いると、

【００４９】

【数２】

【００５０】が成り立つ。ここで、Δｆは、繰り返し周
波数の変動を表し、関数ｙｍｏｄｘはｘを法とするｙの
剰余を表している。この式（２）を、上式（１）に代入
して、相互相関信号Ｇ_c のΔｆ依存性を表す式

【００５１】

【数３】

【００５２】が得られる。

【００５３】上式（３）は、パルスＩ₀ （ｔ）によって
パルスＩ₁ （ｔ）を、光サンプリング測定して得られる
信号において、これら２つのパルスの間の遅延τが、丁
度τ＝Ｍ（１／ｆ）（Δｆ／ｆ）に等しい時の表式に相
当している。このような相互関数信号は、遅延τがゼロ
の場合に最大値をとり、遅延τの絶対値がパルスＩ
₁（ｔ）のパルス幅ｔp の程度の範囲内でのみゼロでな
い。すなわち、Ｇ_c の変化が見られる繰り返し周波数の
相対変動Δｆ／ｆの範囲が、

【００５４】

【数４】

【００５５】と表わされる。ここで、右辺の括弧中は、
パルス幅の繰り返し周期に対する比、すなわちデューテ
ィ比に他ならない。上に述べた、繰り返し周波数２００
ＭＨｚ、幅５０ｆｓのフェムト秒光源では、このデュー
ティ比は１０^-4程度に小さい値となり、また、１００ｍ
長の光ファイバ遅延線を用いれば繰り返し周期のＭ＝１
００倍の遅延Ｔ_d を容易に与えることができる。

【００５６】この結果、相互相関信号Ｇ_c のフルレンジ
が１ｐｐｍの繰り返し周波数の変動に対応することにな
り、さらに、相互相関信号Ｇ_c の信号対雑音比として１
０００は十分期待できるので、１ｐｐｂの繰り返し周波
数の変動が容易に検出できる。また、デューティ比はパ
ルス幅が短いほど小さくなる量なので、この場合の検出
感度は、パルス幅が短いほど高くなる。すなわち、相互
相関信号Ｇ_c を用いる本方法では、モード同期レーザ光
源の短パルス性が十分に活かされていると言える。

【００５７】別の例として、繰り返し周波数１００ＧＨ
ｚ、幅１ｐｓのモード同期半導体レーザ光源を考える
と、デューティ比は１０^-1程度であるものの、繰り返し
周波数が高い分、２ｋｍ長の光ファイバ遅延線を用いる
ことで、繰り返し周期のＭ＝１０⁵ 倍に及ぶ遅延Ｔ_d を
与えることができ、上記と同様に、相互相関信号Ｇ_c に
より、フルレンジが１ｐｐｍ、感度１ｐｐｂの繰り返し
周波数の変動の検出が行える。一定長さの遅延線を用い
ても、レーザ光源の繰り返し周波数が高くなれば、自ず
と繰り返し周期に対する倍数Ｍが比例して増して行くの
で、本方法では、モード同期レーザ光源の高繰り返し性
も活かされる。

【００５８】以上の相互相関信号Ｇ_c を用いて、レーザ
共振器の共振器長を制御する誤差信号を得る方法には、
直流的な方法と交流的な方法の２通りがある。

【００５９】直流的な方法では、相互相関信号Ｇ_c が基
準値に等しくなるように、Ｇ_c と基準値の差を誤差信号
とする。ここで、繰り返し周波数の変動Δｆに対するＧ
_c の変化率が最も大きくなる、即ち変曲点におけるＧ_c
の値が最適の基準値である。実用的には、概略、Ｇ_c の
最大値の半分の値を基準値として選べば良い。

【００６０】上式（３）から明らかなように、Ｇ_c はパ
ルスの強度に比例している。従って、レーザ光源に強度
雑音があり、発生されるパルスの強度が揺らぐと、繰り
返し周波数の変動Δｆが無いにもかかわらず相互相関信
号Ｇ_c が変化することとなる。このとき、直流的な方法
で得た誤差信号により共振器長を制御していると、パル
スの強度揺らぎによってかえって繰り返し周波数の変動
を惹起する結果となる。

【００６１】このような直流的な方法の欠点は、以下の
交流的な方法を用いることで回避できる。交流的な方法
では、２分されたパルス列の一方に周期的に変化する遅
延を与え、相互相関信号Ｇ_c がこの遅延の変化に伴なっ
て変化しないように共振器長を調整する。これには、遅
延の周期的変化に対してＧ_c を同期検波し、その検波出
力を誤差信号とすればよい。この場合、繰り返し周波数
の変動Δｆに対するＧ_c の変化率が零となる点、即ち、
パルス波形Ｉ₁ （ｔ）が単純な釣り鐘型である通常の場
合にはＧ_c の最大値が安定化動作点となる。レーザ光源
から発生されるパルスの強度が揺らいでも、パルス波形
自体が不変に保たれている限り、この安定化動作点は動
かない。それ故、この交流的な方法では、達成される繰
り返し周波数の安定性がパルスの強度揺らぎの影響を受
けない。

【００６２】既に述べたように、上記整数Ｍ倍に等しい
遅延Ｔ_d は、光ファイバによって与えることができる。
このとき、光ファイバ遅延線に波長分散（群速度分散Ｄ
₂ ）があると、入射時に幅ｔ_p のパルスの、伝搬後の幅
ｔ′_p が、

【００６３】

【数５】

【００６４】に広がる。上で述べたように、帰還感度は
遅延路の伝搬後の幅ｔ′_p に反比例するので、この幅
ｔ′_p が最小となるような幅ｔ_p ＝２（Ｄ₂ ｌｎ２）
^1/2 のパルスが入射されるように、パルス幅を調整する
ための光学系を光ファイバ遅延線の入射端に設けること
が好ましい。

【００６５】例えば、群速度分散Ｄ₂ の符号を異にする
２種の光ファイバを組み合わせれば、光ファイバ遅延線
の群速度分散Ｄ₂ をパルスの中心波長に対して零とする
ことができる。しかしながら、この場合でも、より高次
の３次の波長分散Ｄ₃ が残るのが通例である。何となれ
ば、光ファイバの３次波長分散は通常、正の値をとるか
らである。この３次波長分散が零または負の値をとる光
ファイバは、設計可能なものの、その製造は高精度の寸
法制御が要求されるため非常に困難であり、それ故、現
実には入手困難である。３次の波長分散Ｄ₃ の存在化で
の伝搬後の幅ｔ′_p は、漸近的に入射パルス幅ｔ_p の２
乗に反比例する。したがって、この場合、３次の波長分
散による広がりが目立たなくなる程度まで、パルス幅を
広げる光学系を光ファイバ遅延線の入射端に設けること
が好ましい。

【００６６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００６７】（第１の実施形態）図１は本発明の第１の
実施形態である、繰り返し周波数の安定化された光パル
ス源の構成を示し、相互相関信号を用いて、レーザ共振
器の共振器長を制御する誤差信号を得る方法として、上
述の直流的な方法を採用した構成の一例を示す。

【００６８】図１の構成において、レーザ共振器１００
は、共振器長調整機構１０１を備え、その共振器長を制
御できるよう構成されている。例えば、独立した端面鏡
を持つレーザ共振器では、共振器長調整機構１０１とし
て、圧電アクチュエータの一端に端面鏡を付着し、この
圧着アクチュエータに印加する電圧によって端面鏡の位
置を変える、いわゆる変位鏡装置を用いる。

【００６９】この変位鏡装置としては、例えば本願発明
者が提案した特願平８- ２３２０３２号に記載の変位鏡
装置を用いることができる。この提案の変位鏡装置は、
一端に反射鏡を付着した圧電アクチュエータの他端に重
りを付着し、この圧電アクチュエータを長手方向の一点
（固定点）において支持枠により固定し、反射鏡の質量
Ｍと固定点から反射鏡までの距離Ｌの積ＭＬと、重りの
質量Ｍ′と固定点から重りまでの距離Ｌ′の積Ｍ′Ｌ′
とを等しく設定することで、反射鏡にかかる力の反作用
と重りにかかる力の反作用が、固定点上で互いに打ち消
し合い、結果として固定点あるいはこれを保持するマウ
ントには力が加わらない結果、振動を惹起することが無
く安定な共振器長変化を実現し、高速制御が可能という
利点を有する。

【００７０】また、端面鏡を光ファイバ端面に直接蒸着
して形成した光ファイバレーザ共振器の場合は、共振器
長調整機構１０１として、このファイバ共振器の一部ま
たは全部の温度を増減する構成、または、圧電アクチュ
エータによってファイバの一部を伸縮する構成を用いる
ことができる。

【００７１】また、モノリシック半導体レーザ共振器の
場合には、ファイバ共振器同様に温度を増減する構成、
あるいは、電極を備えた位相調整領域を共振器内に作り
込み、この電極への印加電圧によってこの位相調整領域
の屈折率を変える構成を、共振器長調整機構１０１とし
て用いることができる。

【００７２】レーザ共振器１００から発生する光パルス
列の一部が分岐鏡１０２により分岐され、繰り返し周波
数の安定化に用いられる。この分岐されたパルス列は、
次段の分岐鏡１０３によりさらに２分され、うち一方の
パルス列は、反射鏡１０４を経て、波形整形器１０５に
入射する。この波形整形器１０５は、これに続く光学遅
延線１０６の出射時のパルス幅が短くなるように、この
光学遅延線１０６の波長分散特性に応じて、パルス幅を
調整する。波形整形器１０５を出射したパルス列は、パ
ルス繰り返し周期のＭ（Ｍは零以外の整数）倍に等しい
遅延を与える光学遅延線１０６を伝搬した後、上記分岐
鏡１０３により２分された他方のパルス列とともに、相
互相関器１０７に入射する。相互相関器１０７は、入射
された２つのパルス列に対して、上述の相互相関信号Ｇ
_c を出力する。

【００７３】このような相互相関器１０７は、例えば、
反射鏡１１４，１１５、直角反射プリズム１１６、集束
レンズ１１７、非線形結晶１１８、絞り１１９、集光レ
ンズ１２０、および光検出器１２１から構成される。こ
こで、反射鏡１１４，１１５、直角反射プリズム１１６
は、相互相関器に入射された２つのパルス列のビームの
間隔を狭めて集束レンズ１１７上に入射するために設置
されている。集束レンズ１１７を通過した２つのパルス
列は、この集束レンズ１１７の焦点に置かれた非線形結
晶１１８中で交差すると同時に、各々のビームが絞り込
まれる。これにより、２つのパルス列が非線形結晶１１
８中で光強度の高い状態で相互作用することとなる。本
例において、非線形効果としては、非線形結晶１１８中
での２倍波発生効果が用いられ、この場合、発生される
２倍波光は、２つの入射光に挟まれた方向に出射する。
絞り１１９は、この２倍波光の出射方向に開口を持つよ
うに配置され、その結果、２つのパルス列の相互作用に
よって発生した２倍波光のみが、この絞り１１９を通過
して集光レンズ１２０に達することができる。集光レン
ズ１２０により集光されたこの２倍波光は光検出器１２
１によって光電変換され、相互相関信号Ｇ_c の大きさに
比例した電気信号（相互相関信号電圧）が得られる。

【００７４】相互相関器１０７から出力する相互相関信
号電圧は、基準電圧１０８と比較され、この基準電圧１
０８との差が積分回路１０９に入力する。この基準電圧
１０８の最適値は、相互相関信号電圧の変曲点における
値であるが、実用上は、相互相関信号電圧の最大値の約
半分に設定して差し支えない。積分回路１０９の出力
は、上述の共振器長調整機構１０１を駆動する駆動回路
１１０に供給され、共振器長調整機構１０１によりレー
ザ共振器１００の共振器長を調整する。

【００７５】（第１の実施形態の変形例）図２は本発明
の第１の実施形態の変形例の一つである、繰り返し周波
数の安定化された光パルス源の構成を示し、半導体光検
出器中の二光子遷移を応用した相互相関器１０７を用い
る構成の一例を示す。

【００７６】このような相互相関器１０７は、例えば、
反射鏡１１４，１１５、直角反射プリズム１１６、集束
レンズ１１７、および光検出器１３０から構成される。
ここで、反射鏡１１４，１１５、直角反射プリズム１１
６は、相互相関器１０７に入射された２つのパルス列の
ビームの間隔を狭めて集束レンズ１１７上に入射するた
めに設置されている。集束レンズ１１７を通過した２つ
のパルス列は、この集束レンズ１１７の焦点に置かれた
光検出器１３０上に、絞り込まれる。

【００７７】本例において、光検出器１３０は、半導体
光検出器であって、バンドギャップエネルギに相当する
波長λ_g が、入射される２つのパルス列の波長λに対し
て、

【００７８】

【数６】 λ_g ＜λ＜２λ_g (6) を満たす。この条件により、この光検出器１３０は線形
領域では入射されるパルス列に対して感度を持たない。
しかし、二光子が関与する非線形領域では、キャリアが
生成され、Ｇ₀ ＋Ｇ₁ ＋Ｇ_c に比例する光電流が発生す
ることとなる。ここで、Ｇ_c は上述の相互相関信号であ
る。また、Ｇ₀ ，Ｇ₁ はそれぞれのパルス列単独で発生
される非線形信号を表し、２つのパルス列の間の相対遅
延、あるは、繰り返し周波数の変動に依存しない信号で
ある。

【００７９】この相互相関器１０７の光検出器１３０か
ら出力する相互相関信号電圧は、基準電圧１０８と比較
され、この基準電圧１０８との差が積分回路１０９に入
力する。この基準電圧１０８の最適値は、Ｇ_c の変曲点
における値を定数部分Ｇ₀ ＋Ｇ₁ に加えた値であるが、
実用上は、Ｇ_c の最大値の約半分をＧ₀ ＋Ｇ₁ に加えた
値に設定して差し支えない。

【００８０】その他の構成および作用は、図１に示す上
述の第１の実施形態の基本構成に準ずるので、その説明
は省略する。

【００８１】（第２の実施形態）図３は本発明の第２の
実施形態の、繰り返し周波数の安定化された光パルス源
の構成を示し、相互相関信号を用いて、レーザ共振器の
共振器長を制御する誤差信号を得る方法として、前述の
交流的な方法を採用した構成を示す。

【００８２】図３の構成において、レーザ共振器１０
０、共振器長調整機構１０１は図１の例と同様である。
レーザ共振器１００から発生する光パルス列の一部が分
岐鏡１０２により分岐され、繰り返し周波数の安定化に
用いられる。この分岐されたパルス列は、次段の分岐鏡
１０３によりさらに２分される。分岐鏡１０３により２
分されたうち、波形整形器１０５を経て光学遅延線１０
６に向かう方のパルス列を反射する反射鏡１０４に、変
位器１１１が装着されている。この変位器１１１は発振
器１１２により駆動され、反射鏡１０４を前後に振動さ
せることで、そのパルス列に周期的に変化する遅延を与
える。

【００８３】あるいは、図４に示すように、分岐鏡１０
３により２分されたうち、他方のパルス列を反射する分
岐鏡１０３に上記変位器１１１を装着し、分岐鏡１０３
を振動させても同様の効果が得られる。

【００８４】図３、図４において、相互相関器１０７か
ら出力する相互相関信号電圧は、位相検波増幅器１１３
に入力される。この位相検波増幅器１１３には、参照入
力として発振器１１２の出力が接続され、上記相互相関
信号電圧のうち発振器１１２の出力、すなわち上記の周
期的に変化する遅延と同相で変化する成分の振幅が、位
相検波増幅器１１３からの出力として得られる。この位
相検波増幅器１１３の出力を積分回路１０９に入力し、
駆動回路１１０を通じて、共振器長調整機構１０１を駆
動する。

【００８５】その他の構成、作用は、図１に示す前述の
第１の実施形態の基本構成に準ずる。

【００８６】図３、図４に示す相互相関器１０７として
は、前述の図１で用いた非線形結晶中での２倍波発生効
果を用いる相互相関器、あるいは上述の図２で用いた半
導体光検出器中の二光子遷移を用いる相互相関器の何れ
でも同様に使用することができる。後者の場合、前述の
ように、相互相関器１０７からの相互相関信号電圧に、
２つのパルス列の間の相対遅延に依存しない定数部分が
含まれるが、この定数部分は上記の周期的に変化する遅
延に伴なって変化しないので、位相検波増幅器１１３の
出力に何の変化も及ぼさない。

【００８７】

【実施例】次に、本発明の更に具体的な実施例を説明す
る。

【００８８】（第１の実施例）図５は、図１で説明した
本発明の第１の実施形態の構成に対応する実施例の構成
を示す。

【００８９】図５の構成では、波長１．５５μｍにおい
て、繰り返し周波数２００ＭＨｚ、幅６０ｆｓのパルス
列を発生するＣｒドープＹＡＧレーザをレーザ共振器１
００とした。この場合、共振器長調整機構としては、圧
電アクチュエータの一端に全反射端面鏡を付着し、この
圧電アクチュエータに印加する電圧によって端面鏡の位
置を変える、いわゆる変位鏡１２２を用いる。

【００９０】レーザ共振器１００から発生された平均出
力１００ｍＷの光パルス列は分岐鏡１０２により２つに
分岐され、その一方の５０ｍＷの光パルス列を繰り返し
周波数の安定化に用いた。この分岐されたパルス列は、
さらに分岐鏡１０３により２分され、大半の４８ｍＷの
パルス列は、反射鏡１０４を経て、結合レンズ１２６に
より光ファイバに入射される。このうち２５ｍＷが光フ
ァイバに結合され伝搬した。ここでは、光学遅延線とし
て、通常の光ファイバ１６０ｍと分散シフト光ファイバ
４０ｍをつなぎ合わせることで、総群速度分散Ｄ₂ を零
とした光ファイバ遅延線１２８を用いた。全長２００ｍ
のこの光ファイバ遅延線１２８は、上記の繰り返し周波
数２００ＭＨｚに対して、繰り返し周期のＭ＝２００倍
の遅延を与える。上記の２種の光ファイバはいずれも正
の３次の波長分散を持つので、光ファイバ遅延線１２８
には３次の波長分散が残っており、その結果、上記の幅
６０ｆｓのパルス列をそのまま光ファイバ遅延線１２８
中を伝搬させると、著しい変形を蒙る。これを避けるた
めに、透過波長幅２ｎｍの光学フィルタ１２７を波形整
形器として光ファイバ遅延線１２８の入力端に用い、こ
れにより光ファイバ遅延線１２８に入射するパルスの幅
を１．５ｐｓまで広げた。

【００９１】上記のように、分岐鏡１０３により分岐さ
れた他方の２ｍＷのパルス列は、結合レンズ１２３によ
り光ファイバ１２４に入射される。本例では、機器の配
置についての自由度を増すために、光学遅延線１２８を
通らない方のパルス列も、短尺（１ｍ）の光ファイバ１
２４中を伝搬させて、相互相関器１０７に導いている。

【００９２】光ファイバ１２４を出射した１ｍＷのパル
ス列と、遅延線１２８を出射した１ｍＷのパルス列は、
それぞれコリメートレンズ１２５，１２９によって平行
光線に変換された後、相互相関器１０７に入射する。本
例において用いた相互相関器１０７では、非線形効果と
して、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃ ）結晶中での２
倍波発生効果が用いられ、その結晶から発生した２倍波
光は相互相関器１０７中の光電子増倍管（図示しない）
によって光電変換され、増幅感度５×１０⁴ Ｖ／Ａの電
流増幅器（図示しない）によって電圧値に変換された。
この場合、相互相関器１０７を出力する相互相関信号電
圧の最大値として４Ｖが得られたので、基準電圧１０８
を２Ｖに設定して、その相互相関信号電圧との差を積分
回路１０９に印加し、その積分回路１０９の出力を駆動
回路１１０を通じてレーザ共振器１００内の変位鏡１２
２に帰還した。

【００９３】図６は、この第１の実施例により得られた
特性を示す図である。図６の（Ａ）は相互相関器１０７
に入射したパルスの自己相関波形を測定した図であり、
実線は光ファイバ１２４を出射したパルス、破線は光フ
ァイバ遅延線１２８を出射したパルスについての結果を
示している。これより、光ファイバ１２４を出射したパ
ルスの幅が１００ｆｓと見積もられ、入射パルス幅６０
ｆｓから明らかに広がっている。これは、光ファイバ１
２４の３次の波長分散により、僅かに１ｍの伝搬によっ
てもパルスが変形を蒙ったことを示唆する。これに対し
て、波形整形器（光学フィルタ１２７）を用いて幅を
１．５ｐｓまで広げてから光ファイバ遅延線１２８を伝
搬させたパルスについては、２００ｍの伝搬後でもパル
ス幅の変化が見られない。これは、光学遅延線の前段に
波形整形器を設けることの有効性を明らかに示してい
る。

【００９４】図６の（Ｂ）は本第１の実施例により繰り
返しを安定化したレーザ光源について測定された位相雑
音特性を示す図である。安定化を行わない自走状態のＣ
ｒドープＹＡＧレーザの位相雑音パワースペクトルは、
既に本明細書の従来例の説明の欄で用いた図８中の破線
で示してある。図６の（Ｂ）の、本第１の実施例による
安定化を行った状態の位相雑音パワースペクトルを図８
の破線で示した自走状態と比較すると、本例では全ての
周波数領域で繰り返し周波数の揺動の抑圧が達成されて
いることが分かる。さらに、従来例に見られたような電
源周波数の倍音における位相雑音低減率の劣化も目立た
ず、ほぼ滑らかな位相雑音パワースペクトルが得られて
いる。

【００９５】ここで、同一のレーザ光源について安定化
を行った本発明の第１の実施例の光パルス源と従来例の
光パルス源について、安定化のために付加する装置部分
の価格を比較してみよう。従来例で最も高価につく部分
は、図７の例において基準発振器５３２であり、実に付
加装置の価格の７０％を占めている。これに、高速光検
出器５３０、増幅器５３１、駆動回路５１０が、それぞ
れ価格の２０％、５％、５％を占めて続く。他の部分の
価格は、ほどんど無視できる。一方、本発明の第１の実
施例では、光学フィルタ１２７、相互相関器１０７、駆
動回路１１０のそれぞれが上記の駆動回路５１０とほぼ
同様の価格であり、他は無視できる。これにより、本実
施例は、従来例の僅か１５％の費用で光パルス源を実現
できたことになる。

【００９６】以上のように、本実施例装置によって、光
源の短パルス性が活かされ、廉価で、さらに電子回路に
よる雑音の流入が少ない繰り返し周波数の安定化された
光パルス源が実現できた。

【００９７】（第２の実施例）図２で上述した本発明の
第２の実施形態の構成に対応する第２の実施例を以下に
説明する。

【００９８】相互相関器１０７以外の構成は図５の上述
の第１の実施例と同一であり、光ファイバ１２４を出射
した１ｍＷのパルス列と、光ファイバ遅延線１２８を出
射した１ｍＷのパルス列は、それぞれコリメートレンズ
１２５，１２９によって平行光線に変換された後、相互
相関器１０７に入射する。本例において用いた相互相関
器１０７では、非線形効果として、シリコンＰＩＮ光検
出器中での二光子遷移が用いられる。このシリコン光検
出器では、λ_g が１．１μｍであり、波長λが１．５５
μｍの光パルス列に対して、上述の式（６）が満たされ
ている。相互相関器１０７から発生した光電流は、増幅
感度１×１０⁷ Ｖ／Ａの電流増幅器によって電圧値に変
換された。この場合、相互相関器１０７から出力する相
互相関信号電圧は、定数分Ｇ₀ ，Ｇ₁ がそれぞれ１５０
ｍＶ、１５ｍＶ、また、Ｇ_c の最大値として１５ｍＶが
得られたので、基準電圧１０８を１７３ｍＶに設定し
て、相互相関信号電圧との差を積分回路１０９に印加
し、その出力を駆動回路１１０を通じて変位鏡１２２に
帰還した。

【００９９】この第２の実施例によっても、上述の第１
の実施例と同様に図６の特性が得られた。安定化のため
に付加する装置部分の価格としては、第２の実施例の相
互相関器１０７は、上述の第１の実施例で用いた相互相
関器の約半分以下の価格である。これにより、第２の実
施例２は、従来例の僅か１２％の費用で行えたことにな
る。

【０１００】したがって、本第２の実施例装置によって
も、光源の短パルス性が活かされ、廉価で、さらに電子
回路による雑音の流入が少ない、繰り返し周波数の安定
化された光パルス源が実現できた。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による繰り
返し周波数の安定化された光パルス源には、高周波電子
回路の帯域による制限が無く、それ故、モード同期レー
ザ光源の短パルス性と高繰り返し性の双方が安定化に有
利に働き、また適用可能な繰り返し周波数に上限がな
い。また、本発明の繰り返し周波数の安定化された光パ
ルス源は、廉価に実現でき、電子回路による雑音の流入
が少ないので、工業的に大きな効果が得られると期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における繰り返し周波
数の安定化された光パルス源を示す構成図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の変形例の光パルス源
を示す構成図である。

【図３】本発明の第２の実施形態における繰り返し周波
数の安定化された光パルス源を示す構成図である。

【図４】本発明の第２の実施形態の変形例の光パルス源
を示す構成図である。

【図５】本発明の第１の実施例における繰り返し周波数
の安定化された光パルス源を示す構成図である。

【図６】本発明の第１の実施例により得られた特性を示
し、（Ａ）は相互相関器に入射したパルスの自己相関波
形を示すグラフ、（Ｂ）は位相雑音特性を示すグラフで
ある。

【図７】従来例の繰り返し周波数の安定化された光パル
ス源を示す構成図である。

【図８】従来例により得られた位相雑音特性を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１００レーザ共振器１０１共振器長調整機構１０２，１０３分岐鏡１０４反射鏡１０５波形整形器１０６光学遅延線１０７相互相関器１０８基準電圧１０９積分回路１１０駆動回路１１１変位器１１２発振器１１３位相検波増幅器１１４，１１５反射鏡１１６直角反射プリズム１１７集束レンズ１１８非線形結晶１１９絞り１２０集光レンズ１２１光検出器１２２変位鏡１２３結合レンズ１２４光ファイバ１２５コリメートレンズ１２６結合レンズ１２７光学フィルタ１２８光ファイバ１２９コリメートレンズ５００レーザ共振器５０２分岐鏡５０４反射鏡５０９積分回路５１０駆動回路５２２変位鏡５３０高速光検出器５３１高周波増幅器５３２基準発振器５３３高周波混合器５３４低域濾波器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光パルス列を発生するためのレーザ共振
器に該共振器の光学長を調整する機構を備え、該光学長
を調整することにより光パルス列の繰り返し周波数を安
定化する光パルス源において、前記レーザ共振器から発生した光パルス列を分岐する分
岐手段と、該分岐手段により分岐された一方の光パルス列にパルス
繰り返し周期の零でない整数倍の遅延を与える遅延手段
と、前記分岐手段により分岐されたままの他方の光パルス列
と前記遅延手段により遅延された光パルス列の両方の光
パルス列を共に光非線形効果を有する媒質内に入射結焦
する光学手段と、前記非線形効果を有する媒質内で発生する非線形信号を
電気信号に変換する変換手段と、前記電気信号に基づいて前記レーザ共振器の光学長を調
整する機構を駆動する駆動制御手段とを具備することを
特徴とする光パルス源。
【請求項２】前記駆動制御手段は前記電気信号が一定
値となるように前記レーザ共振器の光学長を調整する機
構を駆動することを特徴とする請求項１に記載の光パル
ス源。
【請求項３】前記駆動制御手段は、前記光検出手段か
ら出力する前記電気信号を所定の基準電圧と比較する比
較手段と、該比較手段の出力信号を基に前記電気信号が前記基準電
圧と一致するように前記レーザ共振器の光学長を調整す
る機構を駆動する駆動手段とを有することを特徴とする
請求項１または２に記載の光パルス源。
【請求項４】前記非線形効果を有する媒質が２倍波発
生効果を示す非線形結晶あるいは２光子吸収効果を示す
材料であり、かつ前記変換手段が光検出手段であるか、
または、前記非線形効果を有する媒質と前記変換手段が
２光子吸収効果を示す一つの半導体光検出器によって兼
ねられていることを特徴とする請求項１ないし３のいず
れかに記載の光パルス源。
【請求項５】前記遅延手段が光ファイバであることを
特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光パル
ス源。
【請求項６】前記光ファイバの入射端にパルス波形を
整形する波形整形手段を備えることを特徴とする請求項
５に記載の光パルス源。
【請求項７】前記パルス繰り返し周期の零でない整数
倍の遅延を与えるパルス列に対して、該パルス繰り返し
周期の零でない整数倍の遅延を与える前に周期的に変化
する遅延を与える周期的遅延手段と、前記電気信号のうち前記周期的に変化する遅延の周期と
同相の成分のみを抽出する信号抽出手段とを更に有し、該同相の成分を基にして前記駆動制御手段により前記共
振器の光学長を調整する機構を駆動することを特徴とす
る請求項１に記載の光パルス源。
【請求項８】前記パルス繰り返し周期の零でない整数
倍の遅延を与えない他方のパルス列に対して、周期的に
変化する遅延を与える周期的遅延手段と、前記電気信号のうち前記周期的に変化する遅延の周期と
同相の成分のみを抽出する信号抽出手段とを更に有し、該同相の成分を基にして前記駆動制御手段により前記共
振器の光学長を調整する機構を駆動することを特徴とす
る請求項１に記載の光パルス源。
【請求項９】前記周期的遅延手段が発振器と該発振器
に接続された変位鏡とで構成され、該光検出手段から出力する前記電気信号のうち前記周期
的に変化する遅延の周期と同相の成分のみを抽出する前
記信号抽出手段が、前記発振器と接続された位相検波増
幅器であることを特徴とする請求項７または８に記載の
光パルス源。
【請求項１０】前記遅延手段が光ファイバであること
を特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の光パ
ルス源。
【請求項１１】前記光ファイバの入射端にパルス波形
を成形する波形整形手段を備えることを特徴とする請求
項１０に記載の光パルス源。
【請求項１２】前記非線形効果を有する媒質が２倍波
発生効果を示す非線形結晶あるいは２光子吸収効果を示
す材料であり、かつ前記変換手段が光検出手段である
か、または、前記非線形効果を有する媒質と前記変換手
段が２光子吸収効果を示す一つの半導体光検出器によっ
て兼ねられていることを特徴とする請求項７ないし１１
のいずれかに記載の光パルス源。
【請求項１３】光パルス列を発生するためのレーザ共
振器と、該レーザ共振器の光学長を調整する共振器長調整機構
と、前記レーザ共振器から発生した光パルス列を分岐する第
１の分岐鏡と、該第１の分岐鏡で分岐れた一方の光パルス列を更に分岐
する第２の分岐鏡と、該第２の分岐鏡により分岐された一方の光パルス列にパ
ルス繰り返し周期の零でない整数倍の遅延を与える光学
遅延線と、該光学遅延線の入力端に接続して入力した光パルス列の
パルス波形を整形する波形整形器と、前記第２の分岐鏡により分岐されたままの他方の光パル
ス列と前記光学遅延線により遅延された光パルス列の両
方の光パルス列を共に光非線形効果を有する媒質内に入
射結焦し、該非線形効果を有する媒質内で発生する非線
形信号を電気信号に変換する相互相関器と、該相互相関器から出力する前記電気信号を基準電圧と比
較する積分回路と、該該積分回路の出力信号を基に前記電気信号が前記基準
電圧と一致するように前記共振器長調整機構を駆動する
駆動駆動回路とを具備することを特徴とする光パルス
源。
【請求項１４】前記相互相関器は、前記第２の分岐鏡
により分岐されたままの他方の光パルス列と前記光学遅
延線により遅延された光パルス列の両方の光パルス列を
共に光非線形効果を有する媒質内に入射結焦するための
光学手段である反射鏡、直角反射プリズム、集束レンズ
と、前記非線形効果を有する媒質である２倍波発生効果を示
す非線形結晶と、該非線形結晶で発生する非線形信号を電気信号に変換す
るための絞り、集光レンズ、光検出器とを有することを
特徴とする請求項１３に記載の光パルス源。
【請求項１５】前記相互相関器は、前記第２の分岐鏡
により分岐されたままの他方の光パルス列と前記光学遅
延線により遅延された光パルス列の両方の光パルス列を
共に光非線形効果を有する媒質内に入射結焦するための
光学手段である反射鏡、直角反射プリズム、集束レンズ
と、前記非線形効果を有する媒質と該媒質内で発生する非線
形信号を電気信号に変換する手段を兼ねる２光子吸収効
果を示す半導体光検出器とを有することを特徴とする請
求項１３に記載の光パルス源。