特開 2024-70493 レーザー装置および分析システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024070493

(43)【公開日】2024-05-23

(54)【発明の名称】レーザー装置および分析システム

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/083 20060101AFI20240516BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20240516BHJP

   H01S 3/136 20060101ALI20240516BHJP

   G01N 21/01 20060101ALI20240516BHJP

   G01N 21/3504 20140101ALI20240516BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20240516BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20240516BHJP

【ＦＩ】

H01S3/083

H01S3/00 F

H01S3/136

G01N21/01 D

G01N21/3504

G02B6/02 416

H01S3/067

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022181024

(22)【出願日】2022-11-11

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大登 正敬

(72)【発明者】

【氏名】武田 直希

(72)【発明者】

【氏名】谷口 裕

【テーマコード（参考）】

2G059

2H250

5F172

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB01

2G059CC05

2G059CC06

2G059EE01

2G059EE11

2G059GG01

2G059GG03

2G059GG06

2G059KK01

2H250AC38

2H250AH33

5F172AF03

5F172AM08

5F172CC04

5F172DD06

5F172NQ44

5F172NQ49

5F172NQ50

5F172NR13

5F172ZZ04

(57)【要約】

【課題】光パルスの特性（パルス強度およびパルス幅）を安定的に維持する。
【解決手段】レーザー装置１００は、リング共振器２０を備える。リング共振器２０は、正の群速度分散を有する複数の正常分散ファイバー３１と、負の群速度分散を有する複数の異常分散ファイバー３２とを含む光導波路Ｑを備える。複数の正常分散ファイバー３１の各々と複数の異常分散ファイバー３２の各々とは、光導波路Ｑの周方向に交互に配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

リング共振器を備えるレーザー装置であって、
前記リング共振器は、
正の群速度分散を有する複数の正常分散ファイバーと、
負の群速度分散を有する複数の異常分散ファイバーとを含む光導波路を備え、
前記複数の正常分散ファイバーの各々と前記複数の異常分散ファイバーの各々とは、前記光導波路の周方向に交互に配置される
レーザー装置。

【請求項2】

前記リング共振器における群速度分散の総和は、－０．１以上かつ０．１以下である
請求項１のレーザー装置。

【請求項3】

前記リング共振器は、
前記光導波路を進行する光パルスのパルス幅を伸長する第１光変調器
をさらに含む請求項１のレーザー装置。

【請求項4】

前記リング共振器は、
前記複数の正常分散ファイバーの何れかと前記複数の異常分散ファイバーの何れかとの間に設置された第１光サーキュレーターを含み、
前記第１光サーキュレーターは、
前記光導波路を進行する光パルスを前記第１光変調器に供給し、
前記第１光変調器による変調後の光パルスを前記光導波路に帰還する
請求項３のレーザー装置。

【請求項5】

前記リング共振器は、
前記光導波路を進行する光パルスのパルス幅を圧縮する第２光変調器
をさらに含む請求項１のレーザー装置。

【請求項6】

前記リング共振器は、
前記複数の正常分散ファイバーの何れかと前記複数の異常分散ファイバーの何れかとの間に設置された第２光サーキュレーターを含み、
前記第２光サーキュレーターは、
前記光導波路を進行する光パルスを前記第２光変調器に供給し、
前記第２光変調器による変調後の光パルスを前記光導波路に帰還する
請求項５のレーザー装置。

【請求項7】

第１レーザー装置と第２レーザー装置とを具備し、
前記第１レーザー装置および前記第２レーザー装置の各々は、リング共振器を備え、
前記リング共振器は、
正の群速度分散を有する複数の正常分散ファイバーと、
負の群速度分散を有する複数の異常分散ファイバーとを含む光導波路を備え、
前記複数の正常分散ファイバーの各々と前記複数の異常分散ファイバーの各々とは、前記光導波路の周方向に交互に配置される
分析システム。

【請求項8】

前記第１レーザー装置および前記第２レーザー装置の各々から出力される光パルスを検出する光検出器であって、前記第１レーザー装置および前記第２レーザー装置の少なくとも一方については試料ガスを通過した光パルスを検出する光検出器と、
前記光検出器による検出結果を解析することで前記試料ガスの特性を分析する分析部と
をさらに具備する請求項７の分析システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザー装置および分析システムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザー光の照射により試料の特性を分析する各種の技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、光周波数コムの光パルスを発生する超短光パルス増幅装置が開示されている。光周波数コムは、周波数軸上に等間隔に配列された複数の成分で構成される櫛状の周波数スペクトルを意味する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５１８２８６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光周波数コムの光パルスを利用して試料を高精度に分析するためには、例えばパルス幅またはパルス強度等の光パルスの特性が安定していることが重要である。以上の事情を考慮して、本開示のひとつの態様は、光パルスの特性（パルス強度およびパルス幅）を安定的に維持することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

以上の課題を解決するために、本開示のひとつの態様に係るレーザー装置は、リング共振器を備えるレーザー装置であって、前記リング共振器は、正の群速度分散を有する複数の正常分散ファイバーと、負の群速度分散を有する複数の異常分散ファイバーとを含む光導波路を備え、前記複数の正常分散ファイバーの各々と前記複数の異常分散ファイバーの各々とは、前記光導波路の周方向に交互に配置される。

【0006】

本開示のひとつの態様に係る分析システムは、第１レーザー装置と第２レーザー装置とを具備し、前記第１レーザー装置および前記第２レーザー装置の各々は、リング共振器を備え、前記リング共振器は、正の群速度分散を有する複数の正常分散ファイバーと、負の群速度分散を有する複数の異常分散ファイバーとを含む光導波路を備え、前記複数の正常分散ファイバーの各々と前記複数の異常分散ファイバーの各々とは、前記光導波路の周方向に交互に配置される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態におけるレーザー装置の構成図である。

【図2】対比例におけるレーザー装置の構成図である。

【図3】第２実施形態におけるレーザー装置の構成図である。

【図4】第３実施形態における分析システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、各図面においては、各要素の寸法および縮尺が実際の製品とは相違する場合がある。また、以下に説明する形態は、本開示を実施する場合に想定される例示的な一形態である。したがって、本開示の範囲は、以下に例示する形態には限定されない。

【0009】

Ａ：第１実施形態
図１は、第１実施形態におけるレーザー装置１００の構成図である。第１実施形態のレーザー装置１００は、光周波数コムの光パルスを周期的に発生する光パルス発生装置である。光周波数コムの光パルスは、周波数軸上に等間隔に配列された複数の成分で構成される。

【0010】

図１に例示される通り、レーザー装置１００は、光源装置１０とリング共振器２０とを具備する。光源装置１０は、パルス状の励起光を周期的に出射する励起光源である。例えばレーザーダイオードが光源装置１０として利用される。

【0011】

リング共振器２０は、閉ループ状の光導波路Ｑを含むモード同期ファイバーレーザーである。図１に例示される通り、第１実施形態の光導波路Ｑは、入射カプラー２１と出射カプラー２２と光アイソレーター２３と偏光コントローラー２４と複数の光ファイバー３０とで構成される。

【0012】

光源装置１０から出射した励起光は、入射ファイバー１１を通過して入射カプラー２１に入射する。入射カプラー２１は、入射ファイバー１１から供給される励起光を光導波路Ｑ内のレーザー光に合成するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カプラーである。

【0013】

出射カプラー２２は、光導波路Ｑ内のレーザー光の一部を分岐するＷＤＭカプラーである。出射カプラー２２による分岐後のレーザー光は、出射ファイバー１２を通過して外部空間に出射する。すなわち、リング共振器２０により増幅された光パルスがリング共振器２０から周期的に出射する。

【0014】

光アイソレーター２３は、順方向に進行する光のみを通過する光学素子である。偏光コントローラー２４は、光導波路Ｑを進行するレーザー光の偏光状態を制御する光学素子であり、例えば１/４波長板または１/２波長板により構成される。なお、光導波路Ｑ内のレーザー光を変調する他の光学素子が、図１のリング共振器２０に追加されてもよい。

【0015】

複数の光ファイバー３０は、相互に接続されることで閉ループ状の光導波路Ｑを構成する。第１実施形態における複数の光ファイバー３０は、２個の正常分散ファイバー３１（３１a，３１b）と複数の異常分散ファイバー３２（３２a，３２b）とを含む。

【0016】

２個の正常分散ファイバー３１の各々と２個の異常分散ファイバー３２の各々とは、光導波路Ｑの周方向に交互に配列される。具体的には、正常分散ファイバー３１aの一端と正常分散ファイバー３１bの一端との間に異常分散ファイバー３２aが接続され、正常分散ファイバー３１aの他端と正常分散ファイバー３１bの他端との間に異常分散ファイバー３２bが接続される。すなわち、光パルスが進行する方向に沿って、正常分散ファイバー３１a→異常分散ファイバー３２a→正常分散ファイバー３１b→異常分散ファイバー３２b→正常分散ファイバー３１aという順番で光導波路Ｑが構成される。したがって、光導波路Ｑ内を進行する光パルスは、正常分散ファイバー３１と異常分散ファイバー３２とを交互に通過する。

【0017】

各正常分散ファイバー３１は、正の群速度分散（すなわち正常分散）を有する光ファイバー３０である。すなわち、波長が長い光成分ほど、正常分散ファイバー３１内における伝搬速度は速い。光パルスの前縁部の成分は長波長の成分であり、後縁部の成分は短波長の成分である。したがって、正常分散ファイバー３１を通過することで、光パルスのパルス幅は時間軸上で伸長される。正常分散ファイバー３１は、例えば増幅媒質である希土類元素がコアに添加された希土類ドープファイバーである。例えばエルビウム（Ｅｒ）がコアに添加されたエルビウムドープファイバー（ＥＤＦ：Erbium-Doped Fiber）が、正常分散ファイバー３１として例示される。

【0018】

各異常分散ファイバー３２は、負の群速度分散（すなわち異常分散）を有する光ファイバー３０である。すなわち、波長が長い光成分ほど、異常分散ファイバー３２内における伝搬速度は遅い。前述の通り、光パルスの前縁部の成分は長波長の成分であり、後縁部の成分は短波長の成分である。したがって、異常分散ファイバー３２を通過することで、光パルスのパルス幅は時間軸上で圧縮される。例えばゲルマニウム（Ｇｅ）がコアに添加された光ファイバーが、異常分散ファイバー３２として例示される。

【0019】

第１実施形態において、リング共振器２０の光導波路Ｑの全周にわたる群速度分散の総和は、－０．１以上かつ０．１以下である。より好適な態様において、光導波路Ｑの全周にわたる群速度分散の総和は実質的に０である。

【0020】

なお、図１においては、１個の正常分散ファイバー３１の全長と１個の異常分散ファイバー３２の全長とが同等である構成を便宜的に例示したが、１個の正常分散ファイバー３１の全長と１個の異常分散ファイバー３２の全長とは同等でも相違してもよい。また、正常分散ファイバー３１aの全長と正常分散ファイバー３１bの全長とは同等でも相違してもよい。同様に、異常分散ファイバー３２aの全長と異常分散ファイバー３２bの全長とは同等でも相違してもよい。複数の正常分散ファイバー３１（３１a，３１b）の全長の合計と、複数の異常分散ファイバー３２（３２a，３２b）の全長の合計との異同も不問である。

【0021】

以上に説明した通り、リング共振器２０の光導波路Ｑ内を進行する光パルスについては、正常分散ファイバー３１によるパルス幅の伸長と異常分散ファイバー３２によるパルス幅の圧縮とが交互に反復される。したがって、レーザー装置１００から出射される光パルスの波形を維持することが可能である。第１実施形態においては特に、光導波路Ｑの全周にわたる群速度分散の総和が－０．１以上かつ０．１以下である。すなわち、光導波路Ｑの全体では正負の群速度分散が均衡する。したがって、レーザー装置１００から出射される光パルスの特性を安定的に維持できるという効果は格別に顕著である。

【0022】

図２は、第１実施形態と同等の周長の光導波路Ｑが、単一の正常分散ファイバー３１と単一の異常分散ファイバー３２とで構成された形態（以下「対比例」という）の構成図である。

【0023】

第１実施形態における２個の正常分散ファイバー３１（３１a，３１b）の全長の合計は、対比例における１個の正常分散ファイバー３１の全長と同等である。したがって、光導波路Ｑの全周にわたる正の群速度分散の総和は、第１実施形態と対比例との間で同等である。同様に、第１実施形態における２個の異常分散ファイバー３２（３２a，３２b）の全長の合計は、対比例における１個の異常分散ファイバー３２の全長と同等である。したがって、光導波路Ｑの全周にわたる負の群速度分散の総和は、第１実施形態と対比例との間で同等である。

【0024】

図２に例示される通り、対比例においては、第１実施形態と比較して、正常分散ファイバー３１および異常分散ファイバー３２の各々の全長を充分に確保する必要がある。しかし、光導波路Ｑ内において異常分散ファイバー３２が連続する経路が過度に長い形態では、異常分散ファイバー３２内を通過する光パルスが過剰に圧縮され、結果的に非線形の波形歪が発生し得る。したがって、異常分散ファイバー３２を通過した光パルスを正常分散ファイバー３１に通過させても波形は完全には回復しない。すなわち、対比例においては、光パルスのパルス強度またはパルス幅等の特性が不安定に変動する可能性がある。例えば、周期的に発生する光パルスの特性が光パルス毎に相違し得る。

【0025】

以上の事情を考慮して、第１実施形態においては、光導波路Ｑのうち正の群速度分散を有する範囲が複数の部分（正常分散ファイバー３１）に分割され、負の群速度分散を有する範囲が複数の部分（異常分散ファイバー３２）に分割され、正常分散ファイバー３１と異常分散ファイバー３２とが交互に配列される。以上の構成によれば、個々の異常分散ファイバー３２の全長が対比例と比較して短縮される。したがって、異常分散ファイバー３２によるパルス幅の圧縮に起因した非線形の波形歪が低減される。以上のように光パルスの波形歪が低減される結果、第１実施形態によれば、光パルスの特性を安定的に維持できる。すなわち、パルス強度またはパルス幅等の特性が同等の光パルスを周期的に生成できる。

【0026】

以上の説明から理解される通り、第１実施形態は、図２の対比例における正常分散ファイバー３１を複数の部分に分割し、かつ、対比例における異常分散ファイバー３２を複数の部分に分割した形態と解釈できる。

【0027】

Ｂ：第２実施形態
本開示の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各態様において機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明と同様の符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

【0028】

図３は、第２実施形態におけるレーザー装置１００の構成図である。第２実施形態のレーザー装置１００におけるリング共振器２０は、第１実施形態と同様の要素に加えて、第１光サーキュレーター４１と第２光サーキュレーター４２と第１光変調器４３と第２光変調器４４とを具備する。

【0029】

第１光サーキュレーター４１および第２光サーキュレーター４２の各々は、光導波路Ｑの相異なる位置に設置される。例えば、第１光サーキュレーター４１は、正常分散ファイバー３１bと異常分散ファイバー３２bとの間に設置される。第２光サーキュレーター４２は、正常分散ファイバー３１aと異常分散ファイバー３２bとの間に設置される。第１光変調器４３は第１光サーキュレーター４１に接続され、第２光変調器４４は第２光サーキュレーター４２に接続される。

【0030】

第１光変調器４３は、光導波路Ｑを進行する光パルスのパルス幅を伸長する光学素子である。他方、第２光変調器４４は、光導波路Ｑを進行する光パルスのパルス幅を圧縮する光学素子である。具体的には、光ファイバーのコア内の回折格子（屈折率変調）で構成されるＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）が、第１光変調器４３および第２光変調器４４として例示される。

【0031】

第１光サーキュレーター４１は、光導波路Ｑを進行する光パルスを第１光変調器４３に供給し、第１光変調器４３による変調後の光パルスを光導波路Ｑに帰還する光学素子である。同様に、第２光サーキュレーター４２は、光導波路Ｑを進行する光パルスを第２光変調器４４に供給し、第２光変調器４４による変調後の光パルスを光導波路Ｑに帰還する光学素子である。なお、第１光サーキュレーター４１および第１光変調器４３の組と、第２光サーキュレーター４２および第２光変調器４４の組との一方は省略されてもよい。

【0032】

第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第２実施形態においては、光導波路Ｑを進行する光パルスのパルス幅を伸長する第１光変調器４３が設置されるから、光導波路Ｑの全体におけるパルス幅の伸長効果を第１光変調器４３により調整できる。例えば、２個の正常分散ファイバー３１の作用だけではパルス幅の伸長が不足する場合に、第１光変調器４３により、光導波路Ｑの全体における群速度分散の総和をゼロに近付けることが可能である。

【0033】

また、第２実施形態においては、光導波路Ｑを進行する光パルスのパルス幅を圧縮する第２光変調器４４が設置されるから、光導波路Ｑの全体におけるパルス幅の圧縮効果を第２光変調器４４により調整できる。例えば、２個の異常分散ファイバー３２の作用だけではパルス幅の圧縮が不足する場合に、第２光変調器４４により、光導波路Ｑの全体における群速度分散の総和をゼロに近付けることが可能である。

【0034】

第２実施形態においては、正常分散ファイバー３１bと異常分散ファイバー３２bとの間に第１光サーキュレーター４１が設置される。したがって、正常分散ファイバー３１または異常分散ファイバー３２の途中に第１光サーキュレーター４１が設置される形態と比較して、光導波路Ｑにおける光損失を低減できる。同様に、正常分散ファイバー３１aと異常分散ファイバー３２bとの間に第２光サーキュレーター４２が設置されるから、光導波路Ｑにおける光損失を低減できる。

【0035】

Ｃ：第３実施形態
図４は、第３実施形態における分析システム２００のブロック図である。分析システム２００は、試料ガス６０の特性を光学的に分析する光学測定器である。試料ガス６０は、分析対象となる任意のガスである。例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）または硫黄酸化物（ＳＯｘ）等を含む排気ガスが、試料ガス６０の一例である。

【0036】

図４に例示される通り、分析システム２００は、第１レーザー装置５１と第２レーザー装置５２と同期制御装置５３と光検出器５４と情報処理装置５５とを具備する。なお、同期制御装置５３および光検出器５４の一方または双方は、情報処理装置５５と一体に構成されてもよい。また、第１レーザー装置５１と第２レーザー装置５２とは一体に構成されてもよい。

【0037】

第１レーザー装置５１および第２レーザー装置５２の各々は、第１実施形態に例示したレーザー装置１００であり、光周波数コムの光パルスを周期的に発生する。具体的には、第１レーザー装置５１および第２レーザー装置５２の各々は、複数の正常分散ファイバー３１の各々と複数の異常分散ファイバー３２の各々とが、光導波路Ｑの周方向に交互に配置されたリング共振器２０を具備する。

【0038】

第１レーザー装置５１が出力する光パルスの周波数スペクトルと、第２レーザーが出力する光パルスの周波数スペクトルとの間では、周波数軸上において相互に隣合う各成分の間隔（繰返し周波数）が僅かに相違する。

【0039】

同期制御装置５３は、第１レーザー装置５１が出力する光パルスの位相と第２レーザー装置５２が出力する光パルスの位相とを同期させる。位相同期の実現には、例えば電気光学変調（ＥＯＭ：Electro-Optic Modulator）等の公知の技術が任意に採用される。

【0040】

第１レーザー装置５１が出力する光パルスと第１レーザー装置５１が出力する光パルスとは、合波後に試料ガス６０を通過する。例えばガスセル等の容器に収容された試料ガス６０に光パルスが照射される。なお、試料ガス６０が流通する流路内に第１レーザー装置５１および第２レーザー装置５２が設置されてもよい。

【0041】

光検出器５４は、第１レーザー装置５１および第２レーザー装置５２の各々から出力される光パルスを検出する受光素子である。具体的には、光検出器５４は、第１レーザー装置５１および第２レーザー装置５２の各々による出射後に試料ガス６０を通過した光パルス（干渉光）を受光する。

【0042】

情報処理装置５５は、例えばＣＰＵ等の演算装置と、半導体メモリまたは磁気記録媒体等の記憶装置とを具備するコンピュータシステムである。記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで、演算装置は各種の処理を実行する。

【0043】

具体的には、情報処理装置５５は、光検出器５４による検出結果を解析することで試料ガス６０の特性（例えば吸収スペクトルおよび濃度）を分析する。例えば、情報処理装置５５は、光検出器５４が生成する検出信号に対して離散フーリエ変換等の周波数解析を実行することで、試料ガス６０の吸収スペクトルを生成する。また、情報処理装置５５は、吸収スペクトルを解析することで、試料ガス６０に関する濃度を算定する。例えば、試料ガス６０に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）または硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の成分の濃度が算定される。情報処理装置５５は、「分析部」の一例である。

【0044】

第３実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。前述の通り、正常分散ファイバー３１と異常分散ファイバー３２とが交互に配列される構成により光パルスの特性が安定的に維持されるから、第３実施形態によれば、試料ガス６０の特性を高精度に分析できる。

【0045】

なお、以上の説明においては、分析システム２００による分析の対象として気体（試料ガス６０）を例示したが、液体または固体の試料も同様の構成により分析可能である。なお、低濃度の試料ガス６０の分析においては、液体または固体の試料の分析と比較して、光パルスの特性に高い安定性が要求される傾向がある。したがって、リング共振器２０の構成により光パルスの構成を安定的に維持できる第３実施形態の構成は、低濃度の試料ガス６０の分析のために格別に好適である。

【0046】

以上の説明においては第１実施形態のレーザー装置１００を利用した分析システム２００を例示したが、分析システム２００の第１レーザー装置５１および第２レーザー装置５２として、第２実施形態のレーザー装置１００が利用されてもよい。第２実施形態のレーザー装置１００を利用した分析システム２００によれば、第２実施形態と同様の効果が実現される。

【0047】

Ｄ：変形例
以上に例示した各態様に付加される具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合してもよい。

【0048】

（１）前述の各形態においては、リング共振器２０の光導波路Ｑが２個の正常分散ファイバー３１と２個の異常分散ファイバー３２とで構成される形態を例示したが、正常分散ファイバー３１の個数と異常分散ファイバー３２の個数とは、任意に変更される。例えば、光導波路Ｑが３個以上の正常分散ファイバー３１を含む形態、または、光導波路Ｑが３個以上の異常分散ファイバー３２を含む形態も想定される。

【0049】

（２）リング共振器２０を構成する複数の正常分散ファイバー３１は、正数の範囲内（すなわち正常分散）で群速度分散が相違する複数種の正常分散ファイバー３１を含んでもよい。同様に、複数の異常分散ファイバー３２は、負数の範囲内（すなわち異常分散）で群速度分散が相違する複数種の異常分散ファイバー３２を含んでもよい。

【0050】

（３）正常分散ファイバー３１と異常分散ファイバー３２とは直接的に連結される必要はない。例えば、正常分散ファイバー３１と異常分散ファイバー３２とが他の光学素子を介して間接的に接続された構成も想定される。

【0051】

（４）第３実施形態においては、第１レーザー装置５１から出力される光パルスと第２レーザー装置５２から出力される光パルスの双方が試料ガス６０を通過する形態を例示したが、一方の光パルスのみが試料ガス６０を通過する形態も想定される。以上の説明から理解される通り、光検出器５４は、第１レーザー装置５１および第２レーザー装置５２の少なくとも一方については試料ガス６０を通過した光パルスを検出する。

【0052】

（５）光アイソレーター２３または偏光コントローラー２４等の光学素子が設置される位置は、前述の各形態の例示に限定されない。例えば、光アイソレーター２３および偏光コントローラー２４の一方または双方が正常分散ファイバー３１に設置されてもよい。入射カプラー２１および出射カプラー２２についても同様に、正常分散ファイバー３１および異常分散ファイバー３２の何れに設置されてもよい。

【0053】

Ｅ：付記
以上に例示した形態から、例えば以下の構成が把握される。

【0054】

本開示のひとつの態様（態様１）に係るレーザー装置は、リング共振器を備えるレーザー装置であって、前記リング共振器は、正の群速度分散を有する複数の正常分散ファイバーと、負の群速度分散を有する複数の異常分散ファイバーとを含む光導波路を備え、前記複数の正常分散ファイバーの各々と前記複数の異常分散ファイバーの各々とは、前記光導波路の周方向に交互に配置される。以上の態様においては、複数の正常分散ファイバーの各々と複数の異常分散ファイバーの各々とが光導波路の周方向に交互に配置される。すなわち、単一の正常分散ファイバーと単一の異常分散ファイバーとで同等の周長のリング共振器が構成される形態と比較して、リング共振器に入力される光パルスのパルス幅が各ファイバーにおいて変化（伸長／圧縮）する度合が低減される。したがって、レーザー装置から出射される光パルスについて非線形の波形歪が低減され、結果的に光パルスの特性（パルス強度およびパルス幅）を安定的に維持できる。

【0055】

態様１の具体例（態様２）において、前記リング共振器における群速度分散の総和は、－０．１以上かつ０．１以下である。以上の態様においては、リング共振器の全体における群速度分散の総和が－０．１以上かつ０．１以下である。したがって、レーザー装置から出射される光パルスの特性を安定的に維持できるという効果は格別に顕著である。

【0056】

態様１または態様２の具体例（態様３）において、前記リング共振器は、前記光導波路を進行する光パルスのパルス幅を伸長する第１光変調器をさらに含む。以上の態様においては、光パルスのパルス幅を伸長する第１光変調器が設置される。したがって、複数の正常分散ファイバーの作用だけではパルス幅の伸長が不足する場合に、第１光変調器により、光導波路の全体における群速度分散の総和をゼロに近付けることが可能である。

【0057】

態様３の具体例（態様４）において、前記リング共振器は、前記複数の正常分散ファイバーの何れかと前記複数の異常分散ファイバーの何れかとの間に設置された第１光サーキュレーターを含み、前記第１光サーキュレーターは、前記光導波路を進行する光パルスを前記第１光変調器に供給し、前記第１光変調器による変調後の光パルスを前記光導波路に帰還する。以上の態様によれば、正常分散ファイバーと異常分散ファイバーとの間に第１光サーキュレーターが設置されるから、正常分散ファイバーまたは異常分散ファイバーの途中に第１光サーキュレーターが設置される形態と比較して、光導波路における光損失を低減できる。

【0058】

態様１から態様４の何れかの具体例（態様５）において、前記リング共振器は、前記光導波路を進行する光パルスのパルス幅を圧縮する第２光変調器をさらに含む。以上の態様においては、光パルスのパルス幅を圧縮する第２光変調器が設置される。したがって、複数の異常分散ファイバーの作用だけではパルス幅の圧縮が不足する場合に、第２光変調器により、光導波路の全体における群速度分散の総和をゼロに近付けることが可能である。

【0059】

態様５の具体例（態様６）において、前記リング共振器は、前記複数の正常分散ファイバーの何れかと前記複数の異常分散ファイバーの何れかとの間に設置された第２光サーキュレーターを含み、前記第２光サーキュレーターは、前記光導波路を進行する光パルスを前記第２光変調器に供給し、前記第２光変調器による変調後の光パルスを前記光導波路に帰還する。以上の態様によれば、正常分散ファイバーと異常分散ファイバーとの間に第２光サーキュレーターが設置されるから、正常分散ファイバーまたは異常分散ファイバーの途中に第２光サーキュレーターが設置される形態と比較して、光導波路における光損失を低減できる。

【0060】

本開示のひとつの態様（態様７）に係る分析システムは、第１レーザー装置と第２レーザー装置とを具備し、前記第１レーザー装置および前記第２レーザー装置の各々は、リング共振器を備え、前記リング共振器は、正の群速度分散を有する複数の正常分散ファイバーと、負の群速度分散を有する複数の異常分散ファイバーとを含む光導波路を備え、前記複数の正常分散ファイバーの各々と前記複数の異常分散ファイバーの各々とは、前記光導波路の周方向に交互に配置される。以上の態様においては、複数の正常分散ファイバーの各々と複数の異常分散ファイバーの各々とが周方向に交互に配置される。したがって、第１レーザー装置および第２レーザー装置の各々から出射される光パルスについて非線形の波形歪が低減され、結果的に光パルスの特性（パルス強度およびパルス幅）を安定的に維持できる。

【0061】

態様７の具体例（態様８）において、前記第１レーザー装置および前記第２レーザー装置の各々から出力される光パルスを検出する光検出器であって、前記第１レーザー装置および前記第２レーザー装置の少なくとも一方については試料ガスを通過した光パルスを検出する光検出器と、前記光検出器による検出結果を解析することで前記試料ガスの特性を分析する分析部とをさらに具備する。前述の通り、第１レーザー装置および第２レーザー装置の各々から出力される光パルスの特性が安定的に維持される。したがって、第１レーザー装置および第２レーザー装置の各々の光パルスを利用することで、試料ガスの特性を高精度に分析できる。

【符号の説明】

【0062】

１００…レーザー装置、１０…光源装置、１１…入射ファイバー、１２…出射ファイバー、２０…リング共振器、２１…入射カプラー、２２…出射カプラー、２３…光アイソレーター、２４…偏光コントローラー、３０…光ファイバー、３１（３１a，３１b）…正常分散ファイバー、３２（３２a，３２b）…異常分散ファイバー、４１…第１光サーキュレーター、４２…第２光サーキュレーター、４３…第１光変調器、４４…第２光変調器、５１…第１レーザー装置、５２…第２レーザー装置、５３…同期制御装置、５４…光検出器、５５…情報処理装置、Ｑ…光導波路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】