特許 7307149 超短パルスを生成する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-03

(45)【発行日】2023-07-11

(54)【発明の名称】超短パルスを生成する方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/39 20060101AFI20230704BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20230704BHJP

【ＦＩ】

G02F1/39

H01S3/10 Z

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021506063

(86)(22)【出願日】2019-04-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-08-30

(86)【国際出願番号】 EP2019060227

(87)【国際公開番号】W WO2019202145

(87)【国際公開日】2019-10-24

【審査請求日】2022-02-02

(31)【優先権主張番号】1853519

(32)【優先日】2018-04-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】513008384

【氏名又は名称】エコール ポリテクニック

(73)【特許権者】

【識別番号】506316557

【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック

(73)【特許権者】

【識別番号】520179305

【氏名又は名称】ユニヴェルシテ パリ－サクレー

【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ ＰＡＲＩＳ－ＳＡＣＬＡＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ディミトリオス・パパドポウロス

(72)【発明者】

【氏名】グザヴィエ・デラン

(72)【発明者】

【氏名】フレデリク・ドリュオン

【審査官】山本 元彦

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００７／０６６６８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－０９０７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１９３１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２５８３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０３０２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－００５９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２２５３８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００７／１３８９８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２８０４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－７／００

Ｈ０１Ｓ ３／００－３／３０

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超短パルス（２０；３０）を生成する方法であって、
超短パルス（１４）を有するマスタビーム（１７）および少なくとも１つのスレーブビーム（１８）が光学ゲート材料（１１）により方向付けられ、前記光学ゲート材料（１１）の上流の前記スレーブビーム（１８）の強度は、前記光学ゲート材料（１１）の上流の前記マスタビーム（１７）の強度より低く、前記光学ゲート材料（１１）および前記マスタビーム（１７）の前記超短パルス（１４）は、前記マスタビーム（１７）が前記光学ゲート材料（１１）を通過する時にカー効果を引き起こすように選択され、前記カー効果は、前記スレーブビーム（１８）が前記光学ゲート材料（１１）を通過する時の前記マスタビーム（１７）の前記超短パルス（１４）に関連して前記スレーブビーム（１８）の位相の変調を生成し、
前記スレーブビーム（１８）の前記位相の前記変調は、前記超短パルス（２０；３０）を有する、前記光学ゲート材料（１１）の下流の前記スレーブビーム（１８）を生成するために、補完光学デバイスを使用して、その振幅の変調に変換され、前記光学ゲート材料（１１）の下流で生成される前記スレーブビーム（１８）の前記超短パルス（２０；３０）と、前記光学ゲート材料（１１）の下流の前記マスタビーム（１７）のパルス（２１）とは時間的に重畳され、
前記光学ゲート材料の下流の前記マスタビームはＯＰＣＰＡ増幅器の信号ビームとして使用され、前記光学ゲート材料の下流の前記スレーブビームは前記ＯＰＣＰＡ増幅器のポンプビームとして使用される、方法。

【請求項2】

前記光学ゲート材料（１１）の上流の前記スレーブビーム（１８）は連続的またはパルス状である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記光学ゲート材料（１１）の上流の前記マスタビーム（１７）の前記超短パルス（１４）と前記スレーブビーム（１８）とは時間的に重畳され、この重畳は、５００ｐｓ以下の精度を確実にする電子同期により得られる、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記マスタビーム（１７）と前記スレーブビーム（１８）とは異なる中心波長を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記マスタビーム（１７）は、８００ｎｍが中心の中心波長を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記スレーブビーム（１８）は、１０６４ｎｍが中心の中心波長を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記スレーブビーム（１８）が前記光学ゲート材料（１１）を通過する時の前記マスタビーム（１７）の前記超短パルス（１４）による前記スレーブビーム（１８）の前記位相の前記変調は瞬間的であるか、または２０ｆｓ以下の遅延を伴って実施される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記カー効果による前記スレーブビーム（１８）の前記位相の前記変調は、前記光学ゲート材料（１１）の入力時に前記マスタビーム（１７）と前記スレーブビーム（１８）とが異なって偏光された場合に前記スレーブビーム（１８）が前記光学ゲート材料（１１）を通過する時のその偏光の変調を伴い、前記補完光学デバイスは、前記光学ゲート材料（１１）の上流の前記スレーブビーム（１８）の偏光状態を調整するための手段と、偏光変調されていない前記スレーブビーム（１８）の一部を阻止する、前記光学ゲート材料の入力時に前記スレーブビーム（１８）の前記偏光と交差させられる、前記光学ゲート材料（１１）の下流の下流偏光子（４６）とを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記補完光学デバイスは、前記スレーブビーム（１８）の振幅変調を生成するために、前記光学ゲート材料（１１）を通過した少なくとも１つのスレーブビーム（１８）を、前記スレーブビーム（１８）と同じ源からの少なくとも１つの他のビームに干渉させるように構成されている干渉計を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記干渉計は、前記スレーブビーム（１８）が、前記光学ゲート材料（１１）を通って互いに反対方向に伝播されかつ前記光学ゲート材料を通過した後に再統合される２つのビーム（２７；２８）に分割されるサニャク干渉計である、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記カー効果による前記スレーブビーム（１８）の前記位相の前記変調は、前記光学ゲート材料（１１）内の前記マスタビーム（１７）の前記強度の空間的勾配の存在下で、前記スレーブビーム（１８）が前記光学ゲート材料（１１）を通過する時のその発散の変調を伴い、前記補完光学デバイスは、前記光学ゲート材料（１１）の下流に空間フィルタ（２５）を含み、発散変調されていない前記スレーブビーム（１８）の一部を阻止する、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記スレーブビーム（１８）は、前記光学ゲート材料（１１）を通過した後、レーザ増幅器内で増幅される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記光学ゲート材料（１１）の下流で生成される前記スレーブビーム（１８）の前記超短パルス（２０；３０）と、前記光学ゲート材料（１１）の下流の前記マスタビーム（１７）のパルス（２１）とは時間的に重畳され、この時間同期の精度は２０ｆｓ以下である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法を実施するために、超短パルス（２０；３０）を生成する設備であって、
超短パルス（１４）を有するマスタビーム（１７）を生成する第１のレーザ源（４１）と、
少なくとも１つのスレーブビーム（１８）を生成する少なくとも１つの第２のレーザ源（４２）と、
前記マスタビーム（１７）および前記スレーブビーム（１８）の経路上に配設されている光学ゲート材料（１１）であって、前記光学ゲート材料（１１）の上流の前記スレーブビーム（１８）の強度は前記光学ゲート材料（１１）の上流の前記マスタビーム（１７）の強度より低く、前記光学ゲート材料（１１）および前記マスタビーム（１７）の前記超短パルス（１４）は、前記マスタビーム（１７）が前記光学ゲート材料（１１）を通過する時にカー効果を引き起こすように選択され、前記カー効果は、前記スレーブビーム（１８）が前記光学ゲート材料（１１）を通過する時の前記マスタビーム（１７）の前記超短パルス（１４）に関連して前記スレーブビーム（１８）の位相の変調を生成し、前記光学ゲート材料（１１）の下流で生成される前記スレーブビーム（１８）の前記超短パルス（２０；３０）と、前記光学ゲート材料（１１）の下流の前記マスタビーム（１７）のパルス（２１）とは時間的に重畳される、光学ゲート材料（１１）と、
前記スレーブビーム（１８）の前記位相の前記変調をその振幅の変調に変換する補完光学デバイスと、
前記光学ゲート材料の下流の前記マスタビームを信号ビームとして使用し、前記光学ゲート材料の下流の前記スレーブビームをポンプビームとして使用するＯＰＣＰＡ増幅器と
を含む、設備。

【請求項15】

前記第２のレーザ源（４２）はＳＬＭタイプである、請求項１４に記載の設備。

【請求項16】

前記光学ゲート材料（１１）の下流の前記スレーブビーム（１８）を増幅させるための光増幅手段を含む、請求項１４または１５に記載の設備。

【請求項17】

前記カー効果による前記スレーブビーム（１８）の前記位相の前記変調は、前記光学ゲート材料（１１）の入力時に前記マスタビーム（１７）と前記スレーブビーム（１８）とが異なって偏光された場合に前記スレーブビーム（１８）が前記光学ゲート材料（１１）を通過する時のその偏光の変調を伴い、前記補完光学デバイスは、前記光学ゲート材料（１１）の上流の前記スレーブビーム（１８）の偏光状態を調整するための手段と、偏光変調されていない前記スレーブビーム（１８）の一部を阻止する、前記光学ゲート材料（１１）の入力時に前記スレーブビーム（１８）の前記偏光と交差させられる、前記光学ゲート材料（１１）の下流の下流偏光子（４６）とを含む、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の設備。

【請求項18】

前記補完光学デバイスは、前記スレーブビーム（１８）の振幅変調を生成するために、前記光学ゲート材料（１１）を通過した少なくとも１つのスレーブビーム（１８）を、前記スレーブビーム（１８）と同じ源からの少なくとも１つの他のビームに干渉させるように構成されている干渉計を含む、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の設備。

【請求項19】

前記補完光学デバイスは、前記スレーブビーム（１８）が、前記光学ゲート材料（１１）を通って互いに反対方向に伝播されかつ前記光学ゲート材料を通過した後に再統合される２つのビーム（２７；２８）に分離されるサニャク干渉計を含む、請求項１８に記載の設備。

【請求項20】

前記カー効果による前記スレーブビーム（１８）の前記位相の前記変調は、前記光学ゲート材料（１１）内の前記マスタビーム（１７）の前記強度の空間的勾配の存在下で、前記スレーブビーム（１８）が前記光学ゲート材料（１１）を通過する時のその発散の変調を伴い、前記補完光学デバイスは前記光学ゲート材料（１１）の下流に空間フィルタ（２５）を含み、発散変調されていない前記スレーブビーム（１８）の一部を阻止する、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超短パルスを生成する方法およびこれらの方法を実施するための設備に関する。

【背景技術】

【0002】

周波数ずれのあるパルスの光パラメトリック増幅（「光パラメトリックチャープパルス増幅（Optical Parametric Chirped-Pulse Amplification）」の代わりにＯＰＣＰＡとも呼ばれる）の技術に依存する設備を使用して超短パルスを生成することは、既知の実践である。これらＯＰＣＰＡ増幅器は、特に高エネルギーのポンプビームのパルスと、時間的に伸張され、かつエネルギーが殆どない広スペクトル信号ビームのパルスとの間のエネルギー伝達を確実にする非線形結晶を含む。増幅される前に、パルスストレッチャが使用されて、信号ビームの超短パルスを時間的に伸張することにより、そのピークパワーを低下させる。パラメトリック増幅が存在するためには、ポンプビームのパルスと信号ビームのパルスが結晶内で時間的に重畳されなければならない。したがって、ＯＰＣＰＡ増幅器は、ポンプビームおよび信号ビームを生成するレーザ源の時間同期に関連する。光圧縮器が使用されて、信号ビームのパルスを再圧縮する。

【0003】

ポンプビームおよび信号ビームのパルスが結晶内で時間的に重畳されるために、電子同期されたモード同期を有する２つの独立したレーザ源を使用することが既知の実践であり、レーザ源の１つは、信号ビームの超短パルスを生成するチタンサファイア発振器（ＴｉＳ： titanium sapphire oscillator）である。しかし、電子同期は、結果的に、熱ドリフトおよび位相ノイズに起因して、長期間の位相ドリフトをもたらす。

【0004】

１つの代替案は、２つの独立したレーザ源を光同期させるものである。しかし、この種の同期は実施するには複雑であり、長期間の信頼性を欠く。

【0005】

別の解決策は、１つの同一のレーザ源である、非常に広いスペクトル帯を有するＴｉＳ発振器を使用して、ポンプビームのパルスと信号ビームのパルスの両方の生成を可能にするものである。しかし、ＴｉＳ発振器は、相当なメンテナンスを必要とすることに加えて、比較的高いコストを有し、実施し難い。さらに、特に多段で大型のこれらの発振器は、高感度の長パルスストレッチャおよび圧縮機に関連する複雑な増幅構造を必然的に伴うので、特に、増幅信号の高スペクトル安定性を保証するためにポンプビームのパルスと信号ビームのパルスとの間の非常に厳密な同期（＜１００ｆｓ）を必要とする、２～３ピコ秒（ｐｓ－ＯＰＣＰＡ）の範囲内で動作するＯＰＣＰＡ増幅器に関して、生成されるパルスの安定性の問題を助長する。

【0006】

ＯＰＣＰＡ技術の別の制限は、そのポンプ源、特にその長期間の信頼性と関連している。さらに、ｐｓ－ＯＰＣＰＡ増幅器の効率性は、ピコ秒範囲内で最適化パルスを形成するための低減容量により制限される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

超短パルスを生成する、特に２つの独立したレーザ源間の時間同期を強化する方法をさらに改善する必要が残っている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、超短パルスを生成する方法を改善すること、特に上記の欠点の全てまたはいくつかを改善することを目的とする。本発明は、超短パルスを生成する方法によりこのことを達成する。本方法では、
－ 超短パルスを有するマスタビームおよび少なくとも１つのスレーブビームが光学ゲート材料により方向付けられ、該光学ゲート材料および該マスタビームのパルスは、マスタビームが光学ゲート材料を通過する時にカー（Ｋｅｒｒ）効果を引き起こすように選択され、該カー効果は、スレーブビームが光学ゲート材料を通過する時のマスタビームのパルスに関連してスレーブビームの位相の変調を生成し、
－ スレーブビームの位相の変調は、超短パルスを有する、光学ゲート材料の下流のスレーブビームを生成するために、補完光学デバイスを使用して、その振幅の変調に変換される。

【0009】

「超短パルス」は、５フェムト秒（ｆｓ）と１００ピコ秒（ｐｓ）の間の持続時間のパルスであると理解されるべきである。

【0010】

本発明による方法は、超短パルスの生成に関する長期信頼性を示すロバストな解決策をもたらすという利点を有する。

【0011】

本発明は、大きな変更なしで、既に動作中のシステムにおいて直接実施されることが可能であり、それにより、その実施のコストおよび複雑さを低減することが可能にされ得る。

【0012】

光学ゲート材料は非線形特性を有する。

【0013】

光学ゲート材料は、任意の無機、有機または複合の透明材料とすることができる。光学ゲート材料は、ガラスまたは水晶などの固体、気体、液体とすることができ、必要に応じて、溶融シリカ毛細管または光ファイバなどの導波管の形を取り得る。

【0014】

光学ゲート材料は、例えば、ＳＦ５４ガラスまたはＳＦ１４ガラスである。

【0015】

光学ゲート材料の上流のスレーブビームは連続的またはパルス状であり得る。それはパルス状であることが好ましい。

【0016】

レーザビームの強度は、表面積単位当たりのピークパワーであると定められている。

【0017】

マスタビームの強度は、マスタビームが光学ゲート材料を通過する時にカー効果を引き起こすのに、かつこのカー効果が、スレーブビームが光学ゲート材料を通過する時のマスタビームのパルスに関連してスレーブビームの位相の変調を生成するのに、十分である。スレーブビームの位相の変調は、光学ゲートとして使用される材料の非線形性およびその波長に左右される。マスタビームの強度は、Ｂ－ｉｎｔ＝（２πＬ／λ）＊Ｉ＊ｎ２を用いて、Ｂ積分（Ｂ－ｉｎｔｅｇｒａｌまたはＢ－ｉｎｔ）の値が１とπの間であることが好ましく、該数式において、Ｌは光学ゲート材料の長さであり、λはマスタビームの中心波長であり、Ｉはマスタビームの強度であり、ｎ２は光学ゲート材料の非線形屈折率である。

【0018】

光学ゲート材料の上流のスレーブビームの強度は光学ゲート材料の上流のマスタビームの強度より低くすることができる。

【0019】

光学ゲート材料の上流のスレーブビームの強度は、例えば、光学ゲート材料の上流のマスタビームの強度より少なくとも１０分の１低い。

【0020】

光学ゲート材料の上流のマスタビームのパルスとスレーブビームのパルスとは時間的に重畳されることが可能であり、この重畳は電子同期により得られることが好ましい。該電子同期は光信号検出器および光信号発生器により実施され得る。

【0021】

電子同期は、５００ｐｓ以下、よりよくは１００ｐｓ以下、さらによりよくは１０ｐｓ以下の精度を確実にすることができる。

【0022】

マスタビームおよびスレーブビームは異なるそれぞれの中心波長を有し得る。これらの中心波長は任意に選択され得る。マスタビームは、例えば、８００ｎｍが中心の中心波長を有する。スレーブビームは、例えば、１０６４ｎｍが中心の中心波長を有する。

【0023】

光学ゲート材料の上流のマスタビームのパルスとスレーブビームのパルスとは異なる持続時間を有し得る。

【0024】

パルスの継続時間は－３ｄＢにおけるピークの幅と定義される。

【0025】

光学ゲート材料の上流のスレーブビームのパルスは光学ゲート材料の上流のマスタビームのパルスの継続時間より長い継続時間を有し得る。

【0026】

光学ゲート材料の下流で生成されるスレーブビームの超短パルスの継続時間はマスタビームのパルスの継続時間と同一であるか、またはそれに近い可能性がある。

【0027】

光学ゲート材料の下流で生成されるマスタビームのパルスの継続時間およびスレーブビームの超短パルスの継続時間は５ｆｓと１００ｐｓの間であり得る。

【0028】

それらの継続時間およびそれらの時間的形式などの、光学ゲート材料の下流で生成されるスレーブビームの超短パルスの出力パラメータは可変とすることができる。例えば、マスタビームの伸張を調整して、生成される超短パルスの継続時間に作用するか、またはマスタビームをスペクトル的にフィルタリングして、生成される超短パルスの形式に作用することが可能である。

【0029】

スレーブビームが光学ゲート材料を通過する時のマスタビームのパルスによるスレーブビームの位相の変調は、瞬間的であり得るか、または２０ｆｓ以下、よりよくは１０ｆｓ以下、さらによりよくは５ｆｓ以下の遅延を伴って実施され得る。この遅延は、光学ゲートとして使用される材料の正確な性質に左右され得る。

【0030】

カー効果によるスレーブビームの位相の変調は、光学ゲート材料の入力時にマスタビームとスレーブビームとが異なって偏光された場合、スレーブビームが光学ゲート材料を通過する時のその偏光の変調を伴うことが可能であり、補完光学デバイスは、光学ゲート材料の上流のスレーブビームの偏光状態を調整するための手段と、偏光変調されていないスレーブビームの一部を阻止する、光学ゲート材料の入力時にスレーブビームの偏光と交差させられる、光学ゲート材料の下流の下流偏光子とを含み得る。

【0031】

「異なって偏光された」は、光学ゲート材料の入力時にマスタビームとスレーブビームとが異なる偏光方向を有することを意味すると理解されるべきである。

【0032】

例えば、光学ゲート材料の入力時にマスタビームとスレーブビームとは直線状にかつ異なって偏光され、スレーブビームの偏光に対するマスタビームの偏光は絶対値で９０°異なっている。

【0033】

光学ゲート材料の上流のスレーブビームの偏光状態を調整するための手段は偏光子および／または複屈折板を含み得る。

【0034】

変形形態において、補完光学デバイスは、スレーブビームの振幅変調を生成するために、光学ゲート材料を通過した少なくとも１つのスレーブビームを、スレーブビームと同じ源からの少なくとも１つの他のビームに干渉させるように構成されている干渉計を含む。

【0035】

干渉計は、スレーブビームが、光学ゲート材料を通って互いに反対方向に伝播される２つのビームに分割されかつ光学ゲート材料を通過した後に再統合されるサニャク（Ｓａｇｎａｃ）干渉計とすることができる。サニャク干渉計の使用は高い安定性という利点を有する。

【0036】

変形形態において、カー効果によるスレーブビームの位相の変調は、光学ゲート材料内のマスタビームの強度の特に半径方向の空間的勾配の存在下でスレーブビームが光学ゲート材料を通過する時のその発散の変調を伴うことが可能であり、補完光学デバイスは光学ゲート材料の下流に空間フィルタを含み、発散変調されていないスレーブビームの一部を阻止することができる。

【0037】

スレーブビームは、光学ゲート材料を通過した後、レーザ増幅器内で増幅され得る。

【0038】

光学ゲート材料の下流で生成されるスレーブビームの超短パルスと光学ゲート材料の下流のマスタビームのパルスとは時間的に重畳され得る。この時間同期の精度は光学ゲート材料への非線形応答の遅延に相当し得る。すなわちスレーブビームが光学ゲート材料を通過する時にマスタビームのパルスによるスレーブビームの位相の変調が伴って実施される遅延に相当し得る。この時間同期の精度は、２０ｆｓ以下、よりよくは１０ｆｓ以下、さらによりよくは５ｆｓ以下であり得る。

【0039】

光学ゲート材料の出力時のマスタビームのパルスはＯＰＣＰＡの信号ビームとして使用され得るか、または使用されることが不可能である。

【0040】

その態様の別のものによる本発明の別の主題は、
－ 超短パルスを有するマスタビームを生成する第１のレーザ源と、
－ 少なくとも１つのスレーブビームを生成する少なくとも１つの第２のレーザ源と、
－ マスタビームおよびスレーブビームの経路上に配設されている光学ゲート材料であって、該光学ゲート材料およびマスタビームのパルスは、マスタビームが光学ゲート材料を通過する時にカー効果を引き起こすように選択され、該カー効果は、スレーブビームが光学ゲート材料を通過する時のマスタビームのパルスに関連してスレーブビームの位相の変調を生成する、光学ゲート材料と
を含む、超短パルスを生成するための、特に、前段で定義されている、本発明による方法を実施するための設備である。

【0041】

設備は、スレーブビームの位相の変調をその振幅の変調に変換する補完光学デバイスを含み得る。

【0042】

光学ゲート材料の上流のスレーブビームはマスタビームより低い強度を有し得る。

【0043】

第１のレーザ源と第２のレーザ源とは独立していることが可能である。

【0044】

第１のレーザ源はフェムト秒もしくはピコ秒タイプとすることができるか、またはＯＰＣＰＡの信号ビームの少なくとも一部とすることができる。

【0045】

第２のレーザ源は単一縦モード（ＳＬＭ： Ｓｉｎｇｌｅ Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ Ｍｏｄｅ）タイプおよび／もしくはトリガ発振器（Ｑスイッチ）タイプとすることができるか、または利得変調源とすることができる。

【0046】

本発明による設備は、光学ゲート材料を通してマスタビームおよびスレーブビームを方向付けるための手段を含み得る。該設備は、例えば、特に２色性であるかもしくは湾曲した鏡、レンズ、および／または位相マスクを含む。

【0047】

設備は、光学ゲート材料の下流のスレーブビームを増幅させるための光増幅手段を含み得る。設備は、例えば、光ファイバまたは大規模結晶増幅器を含む。

【0048】

カー効果によるスレーブビームの位相の変調は、光学ゲート材料の入力時にマスタビームとスレーブビームとが異なって偏光された場合にスレーブビームが光学ゲート材料を通過する時のその偏光の変調を伴うことが可能であり、補完光学デバイスは、光学ゲート材料の上流のスレーブビームの偏光状態を調整するための手段と、偏光変調されていないスレーブビームの一部を阻止する、光学ゲート材料の入力時にスレーブビームの偏光と交差させられる、光学ゲート材料の下流の下流偏光子とを含み得る。

【0049】

例えば、光学ゲート材料の入力時にマスタビームとスレーブビームとは直線状にかつ異なって偏光され、スレーブビームの偏光に対するマスタビームの偏光は絶対値で９０°異なっている。

【0050】

変形形態において、補完光学デバイスは、スレーブビームの振幅変調を生成するために、光学ゲート材料を通過した少なくとも１つのスレーブビームをスレーブビームと同じ源からの少なくとも１つの他のビームに干渉させるように構成されている干渉計を含む。

【0051】

干渉計は、前述されている通り、光学ゲート材料を通して互いに反対方向に伝播されかつ光学ゲート材料を通過した後に再統合されるスレーブビームが２つのビームに分割されるサニャク干渉計とすることができる。

【0052】

別の変形形態において、カー効果によるスレーブビームの位相の変調は、光学ゲート材料内でマスタビームの強度の特に半径方向の空間的勾配の存在下で、スレーブビームが光学ゲート材料を通過する時のその発散の変調を伴うことが可能であり、補完光学デバイスは光学ゲート材料の下流に空間フィルタを含み、発散変調されていないスレーブビームの一部を阻止することができる。

【0053】

その態様の別のものによる、本発明のさらに別の主題は、ポンププローブ分光法または高強度レーザの製造のために、ＯＰＣＰＡ増幅器のポンプ源および信号源を時間同期させる、前述されている本発明による設備の使用である。

【0054】

本発明は、その非制限的例示的実施の下記の詳細な説明を読み、かつ添付図面を詳しく調べると、よりよく理解されることが可能であろう。

【図面の簡単な説明】

【0055】

【図1】先行技術によるＯＰＣＰＡ増幅器を概略的に示す図である。

【図2】本発明による設備の例を概略的に示す図である。

【図3】本発明による設備の例を概略的に示す図である。

【図4】本発明による設備の例を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0056】

図１は、先行技術によるＯＰＣＰＡ増幅器の図を示す。ポンプ源５は、高エネルギーパルスを有するポンプビームを生成する。信号源１が、低エネルギー超短パルス７を有する信号ビームを生成し、短パルス７は、低下したピークパワーを有する伸張パルス８を得るためにパルスストレッチャ２を使用して時間的に伸張される。時間同期システム６が、ポンプ源５と信号源１とを同期させることを可能にする。光学的パラメトリック増幅器３が、非常に高いピークパワーの信号ビームのパルス１０を得るために圧縮機４を使用してその最初の継続時間まで再圧縮されることが理想的である信号ビームの増幅パルス９を得るために、ポンプビームのパルスと信号ビームの伸張パルス８との間のエネルギー伝達を可能にする非線形媒体を含む。

【0057】

図２は、光学ゲート材料１１の上流に、マスタビーム１７のパルス１４を生成する第１のレーザ源４１と、スレーブビーム１８のパルス１５を生成する第２のレーザ源４２とを含む、本発明による設備の例を示す。

【0058】

変形形態として、マスタビーム１７は、図１に示されているＯＰＣＰＡ増幅器の信号源１により生成される信号ビームの一部または全部に相当する。

【0059】

マスタビーム１７およびスレーブビーム１８は、光学ゲート材料１１の上流で、直線状に偏光され、偏光のそれらの状態すなわちそれらの方向が、スレーブビームの偏光に対するマスタビームの偏光が絶対値で９０°である場合を除いて、互いに異なる。マスタビーム１７とスレーブビーム１８とは、例えば、マスタビーム１７およびスレーブビーム１８それぞれの偏光状態を示す矢印１２および１３により示されている通り、互いに４５°で偏光される。

【0060】

スレーブビーム１８が光学ゲート材料１１を通過するとき、スレーブビームはマスタビーム１７のパルス１４により位相変調される。スレーブビーム１８の位相の変調は、結果的に、スレーブビーム１８の偏光の瞬間的な変更をもたらす。

【0061】

光学ゲート材料１１の下流の、光学ゲート材料１１を離れるスレーブビーム１８の経路上に、複屈折板４５が配設されている。この複屈折板４５は、複屈折板４５の下流に配設されている偏光キューブ４６に対してこの偏光を配向するために、光学ゲート材料１１を離れるスレーブビーム１８の偏光を操作することを可能にする。この偏光キューブ４６は、光学ゲート材料１１を離れるスレーブビーム１８の横方向電気分極を反射することを可能にする。要素４７は、偏光キューブ４６により反射される偏光の状態を示す。

【0062】

偏光キューブ４６の出力時、光学ゲート材料１１を離れるマスタビーム１７のパルス２１に時間的に重畳される超短パルス２０が得られる。矢印１６は、偏光キューブ４６の出力時のスレーブビーム１８の偏光状態を示す。

【0063】

変形形態として、複屈折板４５および偏光キューブ４６は、偏光が変調されていない、スレーブビーム１８の部分を拒絶するために、軸に従ってスレーブビーム１８の偏光を操作し、投影することを可能にする任意の要素に置き換えられる。偏光キューブ４６は、例えば、直線偏光子に置き換えられる。

【0064】

鏡１９が、光学ゲート材料１１の入力時および出力時にマスタビーム１７を方向付けるように構成されている。

【0065】

マスタビーム１７は、例えば、８００ｎｍが中心の中心波長を有し、光学ゲート材料１１の上流に、１５ピコ秒の継続時間のパルス１４を有する。

【0066】

スレーブビーム１８は、例えば、１０６４ｎｍが中心の中心波長を有し、光学ゲート材料１１の上流に、マスタビーム１７のパルス１４より長い継続時間のパルス１５を有する。

【0067】

図３は、光学ゲート材料１１の上流に、マスタビーム１７のパルス１４を生成する第１のレーザ源４１と、スレーブビーム１８のパルス１５を生成する第２のレーザ源４２とを含む、本発明による設備の別の例を示す。該マスタビーム１７および該スレーブビーム１８は光学ゲート材料１１の上流で直線状に偏光され、それらの偏光状態、すなわちそれらの偏光方向は同一である。マスタビーム１７とスレーブビーム１８とは、マスタビーム１７およびスレーブビーム１８それぞれの偏光状態を示す矢印２６および２７により示されている通り、光学ゲート材料１１の上流で、平行に偏光される。

【0068】

デバイスは、その伝播方向に対して４５°でスレーブビーム１８の経路上に配設されている半反射板２３と、鏡Ｍ１、Ｍ２およびＭ３とを含むサニャク干渉計を含む。

【0069】

スレーブビーム１８は、入力点Ａにおいて、サニャク干渉計に向かって方向付けられ、そこで、半反射板２３はスレーブビーム１８を２つのビーム、屈折した一方２７と反射した他方２８と、に分割することを可能にする。

【0070】

鏡Ｍ１、Ｍ２およびＭ３は、屈折ビーム２７を光路ＡＢＣＤＡに沿ってかつ反射ビーム２８を光路ＡＤＣＢＡに沿って、方向付けることを可能にする。

【0071】

屈折ビーム２７と反射ビーム２８とは、互いに反対方向に光学ゲート材料１１を通過し、光学ゲート材料１１を通過した後に再統合される。

【0072】

光学ゲート材料１１の出力時、光学ゲート材料１１を離れるマスタビーム１７のパルス３１に時間的に重畳される超短パルス３０が得られる。

【0073】

鏡１９が、一方で、光学ゲート材料１１を通してマスタビーム１７を方向付けてカー効果を生み出すように、かつ他方で、光学ゲート材料１１の出力時にマスタビームおよびスレーブビームを方向付けるように構成されている。

【0074】

図４は、本発明による設備の別の例を示す。第２のレーザ源４２により生成されるスレーブビーム１８および第１のレーザ源４１により生成されるマスタビーム１７は、光学ゲート材料１１を通して方向付けられる。鏡１９が、光学ゲート材料１１を通してマスタビーム１７を方向付けることを可能にする。この鏡１９は２色性である。スレーブビーム１８が光学ゲート材料１１を通過する時、該スレーブビームはマスタビーム１７により位相変調される。スレーブビーム１８の位相の該変調は、結果的に、スレーブビーム１８の少なくとも一部の発散の瞬間的な変更をもたらす。光学ゲート材料１１の下流の、光学ゲート材料１１を離れるスレーブビーム１８の経路上に、空間フィルタ２５が配設されている。

【0075】

空間フィルタ２５は、特に円形形状のオリフィスとすることができる。該オリフィスの直径は５μｍと５００μｍの間とすることができる。

【0076】

空間フィルタ２５は、発散の瞬間的な変更を受けていないスレーブビーム１８の一部を阻止するように構成されている。収束レンズ２４が、空間フィルタ２５の下流に、空間フィルタ２５を離れるスレーブビーム１８の経路上に配設されている。レンズ２４の物体焦点を通過するかつ該レンズ２４を通過するスレーブビーム１８の光線は光軸Ｘに平行に離れる。

【0077】

図２から図４までに示されている、本発明による設備の例は、図１の時間同期システム６として使用されて、ＯＰＣＰＡ増幅器のポンプ源５および信号源１を時間同期させ得る。

【0078】

「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」という用語は、別段の定めがない限り、その現在許容される意味、すなわち「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ（少なくとも１つを含む）」と同義であると理解されるべきである。

【符号の説明】

【0079】

１ 信号源
２ パルスストレッチャ
３ 光学的パラメトリック増幅器
４ 圧縮機
５ ポンプ源
６ 時間同期システム
７ 低エネルギー超短パルス
８ 伸張パルス
９ 増幅パルス
１０、１５、２１、３１ パルス
１１ 光学ゲート材料
１２、１３、１６、２６ 矢印
１４ パルス、超短パルス
１７ マスタビーム
１８ スレーブビーム
１９、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ 鏡
２０、３０ 超短パルス
２３ 半反射板
２４ 収束レンズ
２５ 空間フィルタ
２７ 屈折ビーム、矢印
２８ 反射ビーム
４１ 第１のレーザ源
４２ 第２のレーザ源
４５ 複屈折板
４６ 偏光キューブ
４７ 要素
Ａ 入力点
Ｘ 光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】