▶ フラウンホーファ−ゲゼルシャフト ツァー フォルデルング デア アンゲバンデン フォルシュンク エー． ファオ．の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-26
(54)【発明の名称】電磁有用放射を生成するための装置及び方法
(51)【国際特許分類】
H01S 3/115 20060101AFI20231019BHJP
H01S 3/063 20060101ALI20231019BHJP
G02F 1/035 20060101ALI20231019BHJP
【ＦＩ】
H01S3/115
H01S3/063
G02F1/035
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023522836
(86)(22)【出願日】2021-10-13
(85)【翻訳文提出日】2023-06-09
(86)【国際出願番号】 EP2021078259
(87)【国際公開番号】W WO2022079078
(87)【国際公開日】2022-04-21
(31)【優先権主張番号】20201837.0
(32)【優先日】2020-10-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】500253069
【氏名又は名称】フラウンホーファ－ゲゼルシャフト ツァー フォルデルング デア アンゲバンデン フォルシュンク エー． ファオ．
【氏名又は名称原語表記】ＦＲＡＵＮＨＯＦＥＲ－ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＺＵＲ ＦＯＲＤＥＲＵＮＧ ＤＥＲ ＡＮＧＥＷＡＮＤＴＥＮ ＦＯＲＳＣＨＵＮＧ Ｅ． Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｓａｓｔｒ．２７Ｃ，８０６８６ Ｍｕｎｃｈｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100098729
【弁理士】
【氏名又は名称】重信 和男
(74)【代理人】
【識別番号】100206911
【弁理士】
【氏名又は名称】大久保 岳彦
(74)【代理人】
【識別番号】100204467
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 好文
(74)【代理人】
【識別番号】100148161
【弁理士】
【氏名又は名称】秋庭 英樹
(74)【代理人】
【識別番号】100195833
【弁理士】
【氏名又は名称】林 道広
(72)【発明者】
【氏名】ジーモン イョット． ヘル
【テーマコード（参考）】
2K102
5F172
【Ｆターム（参考）】
2K102AA21
2K102BA01
2K102BA08
2K102BB04
2K102BC04
2K102CA20
2K102DA05
2K102DB02
2K102DD05
2K102EA02
2K102EA21
2K102EB20
5F172AE01
5F172AM09
5F172CC04
5F172DD01
5F172EE12
5F172NN13
5F172NQ24
(57)【要約】
本発明は、有用周波数を含む電磁有用放射を生成するための方法に関し、この方法は、ａ）ポンプ周波数を含む電磁ポンプ放射を生成して放出するステップと、ｂ）ポンプ放射を共振周波数を有する外部光共振器に結合するステップであって、共振周波数は、少なくとも最初はポンプ周波数に実質的に等しく、その結果、共振器電磁放射は、共振周波数で共振器内において振動する、ステップと、ｃ）時間的にステップｂ）後に、共振器の共振周波数を変化させるステップであって、その結果、共振器内において振動する共振器放射の共振周波数は、同調帯域幅にわたって変化させられ、ポンプ周波数は共振周波数の変化に追従しない、ステップと、ｄ）ポンプ周波数と異なる有用周波数を含む有用放射として共振器放射を共振器から分離するステップと、ｅ）共振器内に配列された増幅媒体をポンピングするステップと、ｆ）増幅媒体内の共振器内において振動する共振器放射を増幅するステップであって、増幅は、共振器のレーザ作用のために共振器及び増幅媒体によって必要とされる閾値増幅よりも小さい、ステップと、を含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
有用周波数を含む電磁有用放射（２）を生成するための方法であって、前記方法は、ａ）ポンプ周波数を含む電磁ポンプ放射（４）を生成及び放出するステップと、
ｂ）前記ポンプ放射（４）を外部光共振器（５）に結合するステップであって、前記外部光共振器（５）は、共振周波数を含み、前記共振周波数は、少なくとも最初は前記ポンプ周波数に実質的に等しく、それにより電磁共振放射は、前記共振周波数で前記共振器（５）内において振動する、ステップと、
ｃ）時間的にステップｂ）の後に、前記共振器（５）内において振動する前記共振器放射の前記共振周波数が同調帯域幅にわたって変化させられるように、前記共振器（５）の前記共振周波数を変化させるステップであって、前記ポンプ周波数は、前記共振周波数の変化に追従しない、ステップと、
ｄ）前記ポンプ周波数とは異なる前記有用周波数を含む前記有用放射（２）として、前記共振器（５）から前記共振器放射を分離するステップと、
を含む前記方法において、前記方法は、
ｅ）前記共振器（５）内に配列された増幅媒体をポンピングするステップと、
ｆ）前記増幅媒体内の前記共振器（５）内において振動する前記共振器放射を増幅するステップであって、増幅は、前記共振器（５）及び前記共振器（５）のレーザ作用のための前記増幅媒体によって必要とされる閾値増幅よりも小さい、ステップと、
を更に含むことを特徴とする、方法。
【請求項2】
前記共振器（５）は、マイクロ共振器である、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記増幅媒体が四準位レーザ媒体である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記共振器（５）は、電気光学材料を含み、前記共振放射は、前記電気光学材料を通って伝搬し、前記共振周波数を変化させることは、前記電気光学材料に電圧を印加するステップと、
前記電圧を変化させるステップと、
を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項5】
前記増幅媒体及び前記電気光学材料は、希土類イオンがドープされたニオブ酸リチウム、又は希土類イオンがドープされたタンタル酸リチウムである、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項6】
ステップｃ）及びｄ）は、同時に実行され、又はステップｄ）は、時間的にステップｃ）の後に実行される、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項7】
ステップｃ）において、前記同調帯域幅は、前記ポンプ放射（４）のポンプ周波数帯域幅よりも大きい、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項8】
ステップｃ）中に、前記ポンプ放射（４）の前記共振器（５）への前記結合が中断される、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項9】
前記増幅媒体をポンピングすることは、増幅ポンプパワーを含む電磁増幅ポンプ放射（７）を生成及び放射するステップと、
前記増幅ポンプ放射（７）によって前記増幅媒体を照明するステップであって、前記増幅ポンプパワーは、前記共振器（５）のレーザ動作に必要とされる閾値ポンプパワーよりも小さい、ステップと、
を含む、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項10】
有用周波数を含む電磁有用放射（２）を生成するためのデバイス（１）であって、前記デバイス（１）は、第１放射源（３）であって、前記第１放射源（３）が前記デバイス（１）の動作においてポンプ周波数で電磁ポンプ放射（４）を生成及び放出するように構成された第１放射源（３）と、
外部光共振器（５）と、
制御装置（１１）と、
を備え、
前記共振器（５）は、
前記共振器（５）が同調可能共振周波数を有するように、
前記デバイス（１）の前記動作において、前記第１放射源（３）によって放出された前記ポンプ放射（４）が前記共振器（５）に結合されるように、及び
前記デバイス（１）の前記動作において、前記有用放射（２）が前記共振器（５）から分離されるように、配列及び構成され、
前記制御装置（１１）は、前記第１電磁放射源（３）及び前記共振器（５）のうちの少なくとも１つに動作可能に接続され、
前記デバイス（１）の前記動作において、前記制御装置（１１）は、前記共振周波数が少なくとも最初は前記ポンプ周波数に本質的に等しいように、前記共振器（５）において、電磁共振器放射が少なくとも最初は前記共振周波数で振動し、次に同調帯域幅にわたって、前記共振器（５）の前記共振周波数を、したがって前記有用放射（２）の前記有用周波数を変化させるように少なくとも前記ポンプ周波数又は前記共振周波数を設定するように配列され、
前記デバイス（１）は、前記ポンプ周波数が前記共振周波数の変化に追従しないように構成されている、デバイス（１）において、前記デバイス（１）は、
ポンピング手段と、
増幅媒体であって、
前記増幅媒体は、前記デバイス（１）の前記動作において、前記増幅媒体が前記ポンピング手段によってポンピングされ、前記共振器放射が前記増幅媒体内において増幅されるように、前記共振器（５）内に配列され、
前記増幅は、前記共振器（５）及び前記共振器のレーザ作用のための前記増幅媒体によって必要とされる閾値増幅よりも小さい、
増幅媒体と、
を更に備えることを特徴とする、デバイス（１）。
【請求項11】
前記共振器（５）は、電気光学要素を含み、前記電気光学要素は、前記共振器（５）の光共振器長、したがって前記共振周波数が前記電気光学材料に印加された電圧に依存して変化可能であるような電気光学材料を含み、前記制御装置（１１）は、前記制御装置（１１）が、前記デバイス（１）の前記動作において前記電気光学材料に、したがって前記光共振器長に印加される前記電圧を制御するように前記電気光学材料に結合される、請求項１０に記載のデバイス（１）。
【請求項12】
前記電気光学材料は、前記増幅媒体である、請求項１１に記載のデバイス（１）。
【請求項13】
前記共振器（５）は、導波路、好ましくは集積導波路を備える、請求項１０乃至１２のいずれかに記載のデバイス（１）。
【請求項14】
前記導波路の材料は、前記電気光学材料であり、前記電気光学要素は、前記電圧を前記電気光学材料に印加するための複数の電極（９、１０）を備え、前記電極（９、１０）は、前記導波路から１００μｍ以下だけ間隔を空けられている、請求項１３に記載のデバイス（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有用周波数を含む電磁有用放射を生成するための方法に関し、該方法は、ａ）ポンプ周波数を含む電磁ポンプ放射を生成して放出するステップと、ｂ）ポンプ放射を外部光共振器に結合するステップであって、外部光共振器は、共振周波数を含み、共振周波数は、少なくとも最初はポンプ周波数に実質的に等しく、その結果、電磁共振放射は、共振周波数で共振器内において振動する、ステップと、ｃ）時間的にステップｂ）後に、共振器の共振周波数を変化させるステップであって、その結果、共振器内で振動する共振器放射の共振周波数は、同調帯域幅にわたって変化させられ、ポンプ周波数は共振周波数の変化に追従しない、ステップと、ｄ）有用放射がポンプ周波数とは異なる有用周波数を含むときに共振器放射を共振器から分離するステップと、を含む。
【背景技術】
【0002】
このタイプの光共振器は、様々な光デバイスで用いられる。共振器から分離された有用放射の可能な使用期間が共振器の減衰時間τによって決定されることが、一旦ポンプ放射によって一定時間間隔にわたってポンピングされた共振器にとって特に問題であることがわかる。ここで、減衰時間τは、τ＝Ｑλ／（２πｃ）として与えられ、Ｑは、共振器のＱ値であり、λは、共振器内での共振器放射の真空波長であり、ｃは、真空光速度である。サイズが数ミリメートルのニオブ酸リチウムマイクロ共振器において、１０８オーダーのＱ値が、減衰時間、すなわち約１００ｎｓの範囲内の使用期間に対応して、典型的に達成される。チップ集積マイクロ共振器について、達成可能なＱ値は、現在のところ著しく低い。光共振器は再びポンピングされ得るけれども、そのとき共振器内で振動する有用放射は、約１００ｎｓの使用期間しか有していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
対照的に、本発明は、増加した使用期間を有する電磁有用放射を生成するための方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0004】
この課題を解決するために、方法が本発明に従って提案され、該方法は、ａ）ポンプ周波数を含む電磁ポンプ放射を生成して放出するステップと、ｂ）ポンプ放射を外部光共振器に結合することであって、外部光共振器は、共振周波数を含み、共振周波数は、少なくとも最初はポンプ周波数に実質的に等しいか又は等しく、その結果、共振器電磁放射が共振周波数で共振器内において振動する、ステップと、ｃ）時間的にステップｂ）の後に、共振器内で振動する共振器放射の共振周波数が同調帯域幅にわたって変化させられるように、共振器の共振振動数を変化させるステップであって、ポンプ周波数は、共振周波数の変化に追従しない、ステップと、ｄ）ポンプ周波数とは異なる有用周波数を含む有用放射として共振器から共振器放射を分離するステップと、ｅ）共振器内に配列された増幅媒体をポンピングするステップと、ｆ）増幅媒体内の共振器内で振動する共振器放射を増幅させるステップであって、増幅は、共振器のレーザ作用に対して共振器及び増幅媒体によって必要とされる閾値増幅よりも小さい、ステップと、を含む。
【0005】
本発明に従うと、電磁同調可能有用放射又は有用周波数に対して同調可能な有用放射が、提供される。そのために、共振器の共振周波数、したがって共振器内で振動する共振器放射の周波数、及び共振器から分離された有用放射の有用周波数は、使用期間中に断熱的に変化させられる。このように、スペクトル的に同調可能な源が提供される。そのため、光共振器は、同調可能共振周波数を含む。
【0006】
このようにして提供される有用放射は、ポンピング放射の同調の必要を伴わずに、広い周波数範囲にわたって確実に同調され得る。そのため、同調中にモードジャンプが生じず、そうでなければ、モードジャンプは、有用放射の制御されない生成をもたらす。
【0007】
一実施形態では、同調所要時間は、有用放射の使用期間に実質的に等しい。この場合、同調所要時間とは、共振器によって提供される全同調帯域幅にわたるポンプ周波数から始まる共振周波数を、ポンプ周波数から間隔を空けられた最大有用周波数まで同調させるのに必要な時間である。この文脈において、有用放射の使用期間は、共振器から分離された有用放射のパワーが、１／ｅ（すなわち、約３７％）まで低減される期間である。
【0008】
ポンプ周波数から始まる有用周波数の変化は、共振器の共振周波数の変化又は同調にのみ基づいている。本発明の一実施形態では、光パラメトリック処理は、共振器内では生じない。
【0009】
本発明の基本概念とは、共振器内で振動する共振器放射をレーザ閾値より下で増幅させることによって、光共振器の減衰時間τを増加させることである。このように、共振器の最初に限定されたＱ値が補償され得て、共振器から分離された有用放射の使用期間が延長される。共振器のＱ値の合成増加についても論じ得る。
【0010】
本発明に関して、増幅媒体内での共振器放射の増幅が、共振器がレーザとして動作するのに必要な閾値増幅（レーザ閾値）より下であることが必須である。このことが、更なる共振器モードが共振しないことを確実にする。共振器放射、したがって共振器から分離された有用放射もまた、長手方向及び横方向に単一モードである。
【0011】
減衰時間、したがって共振器から出る有用放射の使用期間を延長することによって、共振器の適用性が、有意に増加させられる。特に、共振周波数の断熱同調による有用放射の同調の場合には、この同調は、そのように迅速に行われる必要はなく、その結果、例えば、「より遅い」電子機器が使用され得る。更に、光がスペクトル的になおそれ以上に、すなわちより広い同調帯域幅にわたって同調され得ることが予想される。したがって、チップ集積マイクロ共振器がまた、断熱周波数同調のための技術的に有用な態様で使用され得る。
【0012】
一実施形態では、共振器の同調帯域幅は、増幅媒体の増幅帯域幅内にある。本発明の別の実施形態では、ポンプ放射のポンプ周波数帯域幅の中心周波数がまた、増幅媒体の増幅帯域幅内にある。
【0013】
本願の目的のために、外部共振器は、第１放射源の外部に及びそれに付加して提供された共振器であり、第１放射源は、外部共振器をポンピングするための電磁ポンプ放射を生成及び放射し、ポンプ放射は、外部共振器に結合される。
【0014】
ポンプ放射という用語が本明細書内で使用されるとき、それは、最初に外部光共振器に結合される電磁放射を指す。このポンプ放射は、シード周波数を含むシード光とも呼ばれ得る。これは、一実施形態において増幅媒体を光学的にポンピングするために使用される増幅ポンプ放射と区別され得る。
【0015】
本発明に従う方法のステップａ）における電磁ポンプ放射の生成は、レーザのような、先行技術から知られた従来の電磁放射源を用いて実行される。本発明に従って生成されて放出されるポンプ放射は、外部光共振器に結合される。
【0016】
ステップａ）で生成されて放出された電磁ポンプ放射が外部光共振器内で振動するために、外部光共振器の共振周波数は、少なくとも最初は電磁ポンプ放射のポンプ周波数に実質的に等しい。
【0017】
電磁ポンプ放射が外部光共振器に結合された後に、それは、外部光共振器の共振周波数で振動し、そのため、その後は電磁共振器放射と呼ばれる。
【0018】
ポンプ周波数と共振器の共振周波数とが少なくとも最初は同じであるか又は実質的に同じであることは、考慮中の処理の開始時に、すなわち共振器のポンピング中に、この同一性が提供されなければならないことを意味するけれども、以下でより詳細に説明される実施形態では、考慮中の共振周波数の変化が、その後において、考慮中の共振周波数がポンプ周波数と異なっているように生じてもよい。
【0019】
共振器放射が外部光共振器から離れるとすぐに、それは、距離測定のような後続のアプリケーションに使用され得る、本発明の意味での有用放射と呼ばれる。
【0020】
本発明の一実施形態では、共振器はマイクロ共振器である。特に、そのようなマイクロ共振器は、１０，０００λ２以下、好ましくは１，０００λ２以下、より好ましくは５００λ２以下の横モード径を有する共振器であり、λは、共振器内での共振器放射の真空波長である。
【0021】
本発明の一実施形態では、共振器は、光誘導が材料の形状、構造又は組織によって生じるように構成されており、共振器電磁放射が、この材料の共振器内を伝搬する。本発明の一実施形態では、共振器は、導波路内に、好ましくはリッジ導波路内に光伝導又は誘導を含む。更なる一実施形態では、共振器は、ウィスパーリングギャラリー共振器であり、該共振器は、共振器放射に対して透過的な材料からモノリシックにできており、共振器放射が材料内で誘導されて伝搬するように形成されている。
【0022】
本発明の一実施形態では、共振器は、増幅媒体を含み、増幅媒体は、増幅媒体が共振器放射の光誘導を提供し、共振器放射が増幅媒体を通って伝搬するような形状、構造又は構成にされる。
【0023】
本発明の一実施形態では、増幅媒体は四準位レーザ媒体である。そのような実施形態では、増幅されるべき共振器放射に対する増幅媒体の透過度は、増幅ポンプパワーとは無関係である。これが、装置の効率を向上させる。
【0024】
本発明に従うと、外部光共振器へのポンプ放射の結合後に、外部光共振器の共振周波数が、ステップｂ）に続くステップｃ）において同調帯域幅にわたって変化させられる。すなわち、ポンプ放射の外部光共振器への結合はまた、時間的に少なくとも外部光共振器の共振周波数が変化する前に起こる。このことは、電磁ポンプ放射が、共振周波数の変化の開始時において共振器に既に結合されており、共振器放射として共振器内で振動していることを確実にする。
【0025】
外部光共振器の共振周波数を変化させることは、断熱的である、すなわち、共振周波数がそれにわたって同調される同調ステップ、及び共振周波数がそれにわたって最大限同調可能である同調帯域幅は、処理に関係する電磁放射の周波数と比較して小さい。
【0026】
共振周波数の変化はまた、電磁ポンプ放射のポンプ周波数が共振周波数の変化に追従しないように起こることを認識されたい。すなわち、ステップａ）における電磁ポンプ放射の生成及び放出は、ステップｃ）における共振周波数の変化と無関係に生じる。本発明の一実施形態では、ポンプ周波数は、方法の実施中に、実質的に一定、好ましくは一定である。
【0027】
したがって、少なくともステップｃ）での共振周波数の変化中には、共振器内で振動する電磁共振器放射の、電磁ポンプ放射の放射源へのフィードバックが存在しない。
【0028】
外部光共振器内で所望の共振周波数に同調された共振器放射は、本発明の方法に従って、有用周波数を有する有用放射として外部光共振器から分離される。有用放射の有用周波数は、ステップｃ）に従って調整処理において決定される。有用周波数は、したがって電磁放射のポンプ周波数から同調帯域幅の最大値だけ異なる。
【0029】
本発明の一実施形態に従う、特に共振周波数の変化中での、放射源と無関係の外部光共振器内での電磁有用放射の生成、及び同調された共振器放射又は生成された有用放射のフィードバックの排除は、このようにして生成された有用放射線が、有用放射線の生成、特に共振器放射の同調が放射源と無関係に実行されるので、電磁放射源の特性と無関係であるという利点を提供する。そのため、本発明に従う方法は、例えば、レーザの活性媒体を同調させるときに、通常は生じるモードジャンプを生じさせないが、その理由は、電磁ポンプ放射用の放射源の同調が本発明にしたがって不要であるからである。
【0030】
その結果、本発明に従う方法は、生成に用いられるポンプ放射のポンプ周波数又はポンプ周波数とは異なる有用周波数と同じ有用周波数を含む、電磁有用放射の再現可能で安定した生成を可能にする。外部光共振器内で振動する共振放射は、常に単一モードであり、そのためその振幅に関して安定しているが、その理由は、共振周波数が異なる別のモードへのジャンプが、外部光共振器の共振周波数の同調中でさえ物理的に不可能であるからである。
【0031】
同調処理中に電磁ポンプ放射の放射源へのフィードバックがないので、同調は、モードジャンプを伴わずに比較的大きい周波数範囲にわたって可能であり、その理由は、同調が放射源の活性媒体と無関係に実行されるからである。
【0032】
本発明の一実施形態では、電磁ポンプ放射のポンプ周波数は、ステップｂ）において電磁ポンプ放射を外部光共振器に結合する間、一定である。このことは、特に、同調された共振器放射及び生成された有用放射の両方が、ポンプ放射源に戻って結合されないときに確実にされ得る。
【0033】
本発明の更なる一実施形態では、共振周波数が変化させられる間、ポンプ放射が連続して外部光共振器に結合されていることが除外されない。しかし、電磁放射源への共振器放射のフィードバックは、この時には除外される。
【0034】
本発明の別の一実施形態では、ポンプ放射の外部光共振器への結合は、ステップｃ）の前、すなわち共振周波数が変化させられる前に中断される。
【0035】
原理的には、本発明に従う方法は、増幅媒体のポンピングが実行される態様とは無関係である。ポンピングは、例えば、増幅媒体の電気ポンピングであり得る。
【0036】
本発明の一実施形態では、増幅媒体のポンピングは、放射源による照明によって光学的に実行される。この場合、従来技術から知られているように、光源が、増幅媒体をポンピングするために用いられる。本発明のこの実施形態では、増幅媒体をポンピングすることは、増幅ポンプパワーを含む電磁増幅ポンプ放射を生成して放出するステップと、増幅媒体を増幅ポンプ放射を用いて照明するステップと、を含み、増幅ポンプパワーは、共振器のレーザ動作に必要な閾値ポンプパワーよりも小さい。本発明の一実施形態では、増幅ポンプ放射は、増幅ポンプ周波数を含み、増幅ポンプ周波数は、ポンプ周波数とは異なる。
【0037】
一実施形態では、共振器は、増幅ポンプ放射の増幅ポンプ周波数において吸収性である。換言すると、共振器のＱ値は、増幅ポンプ周波数において低い。そのため、そのような一実施形態では、増幅ポンプ放射は、大きい線幅をさえ有する共振器に効率的に結合され得る。このことは、次に、広帯域放射源、特に発光ダイオード又は広帯域レーザダイオードの使用を可能にする。
【0038】
一実施形態では、外部光共振器の共振周波数の変化が、共振器の光共振器長の変化に基いて生じる。このことは、例えば、電気光学効果を有する共振器材料を含む外部光共振器によって達成され得る。外部電圧がそのような共振器材料に印加されると、外部光共振器の光学特性、特に屈折率が変化し、したがって外部光共振器の光路長及び共振周波数がまた変化する。
【0039】
したがって、本発明の一実施形態では、共振器は、電気光学材料を含み、共振器放射は、共振器内の電気光学材料を通って伝搬し、共振周波数を変化させるステップは、電気光学材料に電圧を印加するステップと、電圧を変化させるステップと、を含む。
【0040】
本発明の一実施形態では、電気光学材料は、共振器内で振動する共振器放射が電気光学材料内でのみ伝搬するように、共振器を完全に充填する。共振器放射と電気光学材料との間の相互作用長が長い程、共振器の共振周波数がより効率的に同調され得る。例えば、この場合の共振器は、電気光学材料からできているリッジ導波路によって形成された線形共振器であり、リッジ導波路の端面が共振器ミラーとして機能する。別の実施形態では、共振器は、電気光学材料から形成されたウィスパーリングギャラリー共振器である。
【0041】
別の実施形態では、共振周波数の変化は、主に線形電気光学効果（ポッケルス効果）に起因し、そのため、非線形電気光学効果に起因する共振周波数の変化はごくわずかである。このことはまた、有用放射の有用周波数を再生可能で線形の態様で確実に同調するのに役立つ。
【0042】
本発明の一実施形態では、増幅媒体は、電気光学材料と同一であり、該実施形態の増幅媒体は、希土類イオンがドープされたニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムによって形成される。この材料は、共振器長を変化させるのに十分な利得及び十分な電気光学効果の両方を呈する。
【0043】
本発明の一実施形態では、増幅ポンプ周波数は、３００ＴＨｚ以上である。
【0044】
本発明の別の実施形態では、ポンプ周波数は、２７４ＴＨｚ乃至２７８ＴＨｚの周波数範囲内にある。
【0045】
更なる一実施形態では、ステップｄ）において電磁共振器放射を有用放射として共振器から分離することは、ステップｃ）において外部光共振器の共振周波数を変化させることと同時に生じる。このことは、有用周波数を有する有用放射として共振器放射を永久に分離することをもたらし、それにより、有用周波数は、同調処理が進行し続けるので、分離の時点に依存して変化する。したがって、共振周波数の同調の所要時間にわたって、外部光共振器の同調帯域幅内にある複数の有用周波数を有する有用放射が、次々に分離される。
【0046】
一実施形態では、時間的に連続して生成された有用周波数は、同調帯域幅内の連続周波数スペクトルを網羅する。別の一実施形態では、有用放射は、共振周波数の同調が完了し、共振周波数が所定の目標値に到達した後にのみ、外部光共振器から分離される。したがって、本発明の一実施形態では、外部共振器は、目標周波数が同調中に到達された後にのみ、放射線を共振器から分離するように構成及び配列されたＱスイッチを含む。
【0047】
本発明の更なる一実施形態では、ステップｂ）、ｃ）及びｄ）は、周期的に繰り返される。したがって、特定の有用周波数を有する電磁有用放射は、ステップの繰返し率に依存する特定の時間間隔で提供され得る。本実施形態で生成される有用放射は、パルス放射と呼ばれてもよく、それの繰返し率は、処理の繰返し率に依存する。
【0048】
本発明の一実施形態では、ステップｃ）において、同調帯域幅は、ポンプ放射のポンプ周波数帯域幅よりも大きい。本発明の別の一実施形態では、ポンプ放射の共振器への結合は、ステップｃ）の間、中断される。
【0049】
上記の目的は、有用周波数を含む電磁有用放射を生成するためのデバイスによっても解決され、デバイスは、デバイスの動作において、第１放射源が、ポンプ周波数、外部光共振器、及び制御装置を含む電磁ポンプ放射を生成及び放出するように構成された第１放射源と、共振器が同調可能共振周波数を有するように、デバイスの動作において、第１放射線源によって放出されたポンプ放射が共振器に結合されるように、及びデバイスの動作において、有用放射が共振器から分離されるように配列及び構成される共振器を含み、制御装置は、第１電磁放射源及び共振器のうちの少なくとも１つに動作可能に結合され、制御装置は、デバイスの動作において、制御装置がポンプ周波数及び共振周波数のうちの少なくとも１つを、共振周波数が少なくとも最初はポンプ周波数に実質的に等しいように調整し、それにより、共振器内で、電磁共振器放射が少なくとも最初は共振周波数によって振動し、次に共振器の共振周波数を、したがって同調帯域幅にわたって有用放射の有用周波数を変化させ、デバイスは、ポンプ周波数が共振周波数の変化に追従しないように配列され、デバイスは、ポンピング手段及び増幅媒体を更に備え、増幅媒体は、デバイスの動作において、増幅媒体が、ポンピング手段によってポンプピングされ、共振器放射が、増幅媒体内で増幅されるように、共振器内に配列され、増幅は、共振器及び共振器のレーザ動作のための増幅媒体によって必要とされる閾値増幅よりも小さい。
【0050】
本デバイスは、上述の実施形態に従う方法を実施するのに特に適していることが判り得る。
【0051】
方法が本発明に従うデバイスを用いて実施される限り、本デバイスは、それに対応する設備を有する。態様がデバイスに関して以下に記載されている限り、これらはまた、電磁有用放射を生成するための対応する方法にもあてはまり、その逆も同様である。
【0052】
本発明に従うと、共振器の共振周波数とポンプ周波数とは、最初に実質的に等しくなければならない。そのような配列は、ポンプ周波数を調整することによって、共振周波数を調整することによって、又はポンプ周波数と共振周波数の両方を調整することによって達成され得る。そのため、共振周波数のみが調整され得る本発明の一実施形態では、制御装置は、共振器のみに動作可能に結合される。ポンプ周波数が調整され得る一実施形態では、制御装置は、共振器に、及び第１電磁放射源に動作可能に結合される。このように、制御装置は、ポンプ周波数を調整することと、共振器の共振周波数を調整及び変化させることの両方を行い得る。
【0053】
本発明の一実施形態では、共振器は、同調可能共振周波数を有し、制御装置は、デバイスの動作において、制御装置がポンプ周波数に実質的に等しい共振周波数から始めて、次いで同調帯域幅にわたって共振器の共振周波数、それ故に有用放射の有用周波数を変化させるような共振器に結合されている。
【0054】
本発明の一実施形態では、共振器は、共振器の光学共振器長、それゆえに電気光学材料に印加される電圧に依存して共振周波数が可変であるような電気光学材料を含む電気光学要素を備え、制御装置は、デバイスの動作において、制御装置が、電気光学材料、それゆえに光学共振器長に印加される電圧を制御するように電気光学要素に結合される。
【0055】
本発明の一実施形態では、電気光学材料は、共振器内の増幅媒体である。
【0056】
本発明の別の一実施形態では、共振器は、導波路、特に集積導波路を含む。
【0057】
本発明の別の一実施形態では、導波路の材料は、電気光学材料であり、電気光学要素は、電気光学材料に電圧を印加するための複数の電極を備え、電極は、導波路から１ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ以下の間隔を空けられている。
【0058】
増幅媒体のための適切なポンピング手段は、例えば、増幅媒体の電気的なポンピングを可能にする電流源である。本発明の一実施形態では、増幅媒体は、光学的にポンピングされる。この目的のために、一実施形態では、デバイスは、第２放射源を備え、第２放射源は、デバイスの動作において、第２放射源が増幅ポンプ周波数及び増幅ポンプパワーを含む電磁増幅ポンプ放射を生成するように構成され、増幅媒体は、デバイスの動作において、増幅媒体が第２放射源の増幅ポンプ放射によってポンピングされるように、共振器内に配列される。それにより、本発明の一実施形態では、増幅ポンピングパワーは、共振器及び増幅媒体によって予め定められたレーザポンピング閾値パワーよりも小さい。本出願の表現では、レーザポンピング閾値パワーが到達されると、共振器のレーザ活動が開始する。
【0059】
本発明の一実施形態では、増幅ポンプ周波数は、ポンプ周波数とは異なる。
【0060】
本発明の更なる利点、特徴及び可能な用途は、実施形態についての以下の説明及び添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】電磁有用放射を生成するためのデバイスの一実施形態についての概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0062】
図１に示す電磁有用放射を生成するためのデバイス１の実施形態は、統合源として構成されている。図示された要素は、電磁放射を伝えるのであって、単一のキャリアチップ上のリッジ導波路として設計される。
【0063】
図１に示す装置の目的は、電磁有用放射２をデバイス１の出力として提供することであり、それは、再現可能で繰返し可能な態様で可能な限り広い同調帯域幅にわたって迅速に線形に同調され得る。このようにして、有用放射２が、例えば、ＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲにおける距離測定に使用されることを可能にする。
【0064】
図示された実施形態では、デバイス１は、電磁ポンプ放射４のための第１放射源３と、リング共振器５として構成された共振器と、電磁増幅ポンプ放射７を生成するための第２放射源６と、を備える。
【0065】
第１放射源３によって生成されて放出されるポンプ放射４は、固定されたポンプ周波数を有し、それによって、図示の実施形態におけるポンプ放射４は、１０８４ｎｍの真空波長を有する。ポンプ放射４は、結合導波路８を介してリング共振器５に結合される。
【0066】
結合導波路８は、ポンプ放射４が共振器５に結合されるように、及び有用放射２が共振器５から分離されるようにその両方で共振器５に結合される。
【0067】
図示された変形例では、電磁放射４を伝送するリング共振器５の材料は、ネオジムでドープされたニオブ酸リチウムである。この材料は、顕著な線形電気光学効果（ポッケルス効果）を呈する。共振器５の光学長、したがってそれの共振周波数は、そのため共振器５の導波路の材料に印加された電圧に線形的に依存する。２つの細長い電極９、１０は、画定された電界を生成するのに役立つ。共振器５の導波路の一部分は、２つの電極９、１０の間に延在するので、電極９、１０の間に形成された電界は、導波路のこの部分を通過する。２つの電極９、１０に印加される電圧が変化させられると、共振器５を形成する導波路の屈折率が、電極同士の間で変化する。しかし、屈折率はまた、共振器５内の電磁共振器放射の光路長、したがってその共振周波数を変化させる。
【0068】
図示された実施形態では、ポンプ放射４が共振器５に結合された後に、源３がスイッチを切られるか、又はポンプ放射４の共振器５への結合が中断される。制御装置１１は、最初に、ポンプ放射４のポンプ周波数に実質的に等しいように共振器５の共振周波数を設定する。ポンプ放射４が共振器５に結合された後に、制御装置１１は、２つの電極９、１０の間の電界によって、所定の同調帯域幅にわたって外部光共振器５の共振周波数を変化させる。この場合、同調帯域幅は、電磁ポンプ放射４のポンプ周波数帯域幅よりも大きい。図示された実施形態では、同調帯域幅は、３００ＧＨｚである。
【0069】
共振器５から分離された有用放射２の有用周波数は、共振器５の共振周波数の同調に追従する。図１に示されたデバイス１の実施形態では、電磁有用放射２が連続的に分離されることにより、同調期間にわたって、有用放射２が、分離時間に依存して異なる有用周波数で生成され、有用周波数は３００ＧＨｚの同調帯域幅内にある。
【0070】
同調処理が同調帯域幅にわたって実行され、電磁有用放射２が完全に分離された後に、処理は再び始まる。すなわち、ポンプ放射４が外部光共振器５に再び結合され、外部光共振器５の共振周波数の同調処理が始まり、有用放射２として共振器放射が分離される。
【0071】
共振器５内での電磁共振器放射の誘導が、共振器の設計に起因するだけでなく、共振器５からの有用放射２の分離に基本的に起因する損失を受けることを理解されたい。共振器５内でポンプ放射４による単一ポンピング後に生成され、共振器５から分離される有用放射２の使用期間は、したがって共振器５のＱ値に直接依存する。共振器５のＱ値を合成的に拡大するために、共振器５の導波路の、ネオジウムがドープされたニオブ酸リチウム材料が、第２電磁放射源６を用いてポンピングされる。このために、第２放射源６は、共振器５を形成する導波路の材料を励起する電磁増幅ポンプ放射７を生成する。このようにして、導波路の材料は、共振器放射を増幅する。共振器５のＱ値を高めるための重要事は、増幅ポンプ放射７の増幅ポンプパワーが、レーザ活性が共振器５内で振動しないが、レーザ閾値より下の増幅しか生じないように選択されることである。このようにして、更なる共振器モードが、共振器５の選択された共振周波数を越えて振動しないことを確実にする。
【0072】
共振器５の導波路材料として、ネオジウムがドープされたニオブ酸リチウムを選択することによって、単一材料による共振器５の増幅及び電気光学同調の両方を提供することが可能である。更に、共振器５の導波路が作成される材料が、ポンプ放射４に対して及び共振器放射に対して透過的であり、それによって、透過度が、増幅ポンプ放射７の増幅ポンプパワーに依存しないことを確実にする。
【0073】
独創的な開示のために、本明細書、図面、及び特許請求の範囲から当業者に明らかになるような全ての特徴は、たとえそれらが特定の更なる特徴との組合せでのみ具体的に説明された場合でも、これが明確に除外されるか、又は技術的な環境がそのような組合せを不可能又は無意味にしなければ、個々に並びに本明細書で開示された他の特徴及び特徴の群との望ましい組み合わせの両方で組み合わせられ得ることが指摘される。全ての考えられる特徴の組合わせについての包括的、明示的な表現は、ここでは単に説明の可簡潔さ及び読み易さのために省略される。
【0074】
本発明は、図面及び上記の説明において詳細に図示され、説明されてきたが、この図示及び説明は、単なる例示であり、特許請求の範囲によって定義されるような保護の範囲を限定することは意図されていない。本発明は、開示された実施形態に限定されない。
【0075】
開示された実施形態の変形例は、図面、説明、及び添付の特許請求の範囲から当業者に明らかになるであろう。特許請求の範囲において、単語「備える」は、別の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ｏｎｅ」又は「ａ」は、複数を除外しない。特定の特徴が異なる特許請求の範囲において請求されているという単なる事実は、それらの組合せを排除しない。特許請求の範囲における参照符号は、保護の範囲を限定することを意図されていない。
【符号の説明】
【0076】
１ デバイス
２ 有用放射
３ 第１放射源
４ ポンプ放射
５ 共振器
６ 第２放射源
７ 増幅ポンプ放射
８ 結合導波路
９ 電極
１０ 電極
１１ 制御装置
２ 有用放射
３ 第１放射源
４ ポンプ放射
５ 共振器
６ 第２放射源
７ 増幅ポンプ放射
８ 結合導波路
９ 電極
１０ 電極
１１ 制御装置
【図1】
【国際調査報告】