自己参照型光周波数コムを発生する方法とデバイス
【課題】本願発明は、モード結合レーザ（３）の短レーザパルスの列（２、２）が、関連周波数コムに含まれる個別ラインのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に関して補償される方法およびデバイス（１）に関連する。
【解決手段】本願発明の狙いは、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数を決定すること、及び、音響光学周波数シフタ（１３）を動作させるためにその周波数を利用すること、である。そのシフタにおいて、時間的に等距離で短いレーザパルスの非補償列は、周波数コムの個別ラインが、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数によってシフトされるように、第１次数において回析される。短レーザパルスの結果として生じる補償列は、周波数コム、短レーザパルスの列において個々の光パルスの繰り返し周波数の整数倍である個別ラインを有する。
【解決手段】本願発明の狙いは、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数を決定すること、及び、音響光学周波数シフタ（１３）を動作させるためにその周波数を利用すること、である。そのシフタにおいて、時間的に等距離で短いレーザパルスの非補償列は、周波数コムの個別ラインが、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数によってシフトされるように、第１次数において回析される。短レーザパルスの結果として生じる補償列は、周波数コム、短レーザパルスの列において個々の光パルスの繰り返し周波数の整数倍である個別ラインを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、時間的等間隔短レーザパルスの補償列、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、一連のそのような短レーザパルスを発生するためのデバイスに関してと同様に、所定の値で安定化する個別ラインを備える周波数コムを発生する方法に関連する。ここで「安定化する」とは、大きさを定数値に設定することを意味する。したがって、所定の値に安定化させることは、大きさの設定を、この大きさが時間とともに一定である所定の値を有するように、設定することを含む。
【背景技術】
【０００２】
一連の短レーザパルスは、いわゆるモード結合レーザで発生することができる。レーザ・メディアにおいて、レーザの共振器のレーザ遷移の十分なバンド幅の種々の周波数で非常に多くの自励発振を刺激することが可能である。自励発振は、モードとも呼ばれる。適切なメカニズムによって、自励発振の一貫した段階関係を生成することが可能である。これは、モード同期またはモード結合と呼ばれる。モード結合のために、レーザの共振器におけるレーザパルスの循環期間に対応した時間間隔τＲによる短い光パルスの放出が、影響される。パルスの時間的等距離の直接的な結果は、そのようなレーザの周波数スペクトルが、等距離の個別ライン、いわゆる周波数コムから成ることである。この関係のために、そのような一連の短レーザパルスまたは短レーザパルスの修正された列を発生する方法または、デバイスは、また、周波数コムを発生する方法またはデバイスと、それぞれ、呼ぶことができる。個別ラインΔｆ間の周波数空間の距離は、共振器τＲで循環期間のインバース値に対応する。したがって、Δｆ＝１／τＲが適用される。
【０００３】
Ｌ．Ｘｕ他による論文「超短パルスの位相制御への道（Route to phase control of ultrashort light pulses）」Opt. Lett. 21, 2008以下参照 (1996)から、個別ラインｉの周波数ｆｉは、差異周波数Δｆの整数倍数でないことが知られている。むしろ、ｆｉ＝ｆＣＥＯ＋ｉｆの関係が、個別ラインｉの周波数ｆｉに対して存在する。ここで、ｆＣＥＯは、文献において、キャリア・エンベロープ・オフセット（ＣＥＯ）周波数として参照されるオフセット周波数を示す。このオフセット周波数は、レーザパルスの群速度は、個々の重畳レーザ・モードまたは個別ライン、それぞれの位相速度からそれるという事実によって引き起こされる。典型的には、個々のレーザ・モードの電界は、レーザパルスのエンベロープよりも、レーザの共振器の電気メディアを通してわずかに高い位相速度で伝播する。これは、エンベロープと共振器にあるすべての循環の個々のモードの間の位相オフセットΔφＣＥＯ＝２πｆＣＥＯτＲの結果となる。時間に関して、このオフセットは、時間オフセットが、電界の最大振幅の発生と、エンベロープの最大振幅の発生との間に起こることを意味する。この時間オフセットは、正しくは、ΔＴＣＥＯ＝ΔφＣＥＯ／２πν０で与えられるが、しばしば、キャリア・エンベロープ・オフセット位相ΔφＣＥＯとも呼ばれる。ここで、ν０はレーザパルスのキャリア周波数である。
【０００４】
キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯの大きさは、環境要因、例えば、温度と空気圧、また、レーザ・メディア、その他のポンピング性能に非常に依存しており、さらに、それらはすべての要因でなく、いくつかのみをリストするものであるので、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、時間に関してさらに安定的ではない。
【０００５】
先行技術において、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯを決定するための種々の方法が提案された。Ｈ．Ｒ． Ｔｅｌｌｅ他による、刊行物「キャリア・エンベロープ・オフセット位相制御：絶対光学周波数測定と超短パルス発生のための新しい概念（Carrier-envelope offset phase control: A novel concept for absolute optical frequency measurement and ultrashort pulse generation）」Appl. Phys. B 69、327以下参照（1999）、において、いくつかの可能な方法が記述されている。レーザ信号の部分が干渉計に伝導されるいわゆるｆ−ｔｏ−２ｆ干渉方法が、多くの場合にしばしば用いられる。干渉計において、非線形の光学プロセスが、低エネルギー・レーザ・モードの、または、周波数コムの低エネルギー個別ラインの、それぞれ、第二調波を発生するために、および、それを、レーザパルスの周波数コムの高エネルギーの（高周波）個別ラインに対して干渉させるために、利用される。ｆｉが周波数コムの低エネルギー領域から周波数であるならば、ｆｉ＝ｉ・Δｆ＋ｆＣＥＯ、２ｆｉ＝（２ｉΔｆ＋２ｆＣＥＯ）が、周波数２倍化の後に、適用される。したがって、この周波数２倍化された個別ラインが、２倍周波数すなわち、ｆ２ｉ＝２ｉΔｆ＋ｆＣＥＯ、を有する個別ラインに対して干渉するようにされるならば、２ｆｉ−ｆ２ｉ＝（２ｉΔｆ＋２ｆＣＥＯ）−（２ｉΔｆ＋ｆＣＥＯ）＝ｆＣＥＯが、ビート信号に対する結果となる。したがって、ビート信号の周波数は、直接キャリア・エンベロープ・オフセット周波数を示す。
【０００６】
いくつかのアプリケーションに対して、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数を知っていることが十分である。他のアプリケーションに対しては、しかしながら、望ましくは、下にある電界とレーザパルス定数のエンベロープの間での位相オフセットを、ゼロまで最小にするように保つことが望ましく、及び／又は、必要である。
【０００７】
これは、たとえば、アト秒の範囲のパルス長を有する短パルスを発生するときに、有利である、及び／又は、必要である。
【０００８】
ＤＥ １９９ １１ １０３ Ａ１は、光学的振動数を合成するためにそれを使用するのと同様に短レーザパルスを発生する方法とデバイスを開示する。レーザパルスが共振器構成を循環している、および、各々が、共振器構成の複数の縦モードに対応するスペクトル・コンポーネントｌから成る安定化させられたレーザ・デバイスにおいて、発生されたすべてのモードは、共振器構成の線形分散の所定の設定によって、スペクトル特定周波数変動に従う。散乱の、そして、共振器を循環する光パルスの群と位相循環が制御される共振器長の同時設定のための制御が、記述されている。散乱の設定は、たとえば、楔型プリズムをビーム・パスに挿入することによって達成することができる。代替的におよび／または追加的に、共振器は、回転可能な終端ミラーを備えることができる。散乱を変えるために提案される手段は、必然的に、光路長の変更のおよび／または共振器循環期間τＲ、すなわち時間間隔の光パルス変化の変更という結果になる。この間隔や個別ラインΔｆの周波数距離を一定に保つために、たとえば、共振器長を制御する更なる制御が、必要とされる。ＤＥ １９９ １１ １０３ Ａ１で記述される方法とデバイスは、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯ、及び共振器循環期間τＲ、および／または、周波数距離Δｆ定数に対応する繰り返し周波数ｆｒｅｐを保つために各々、互いに影響している少なくとも２つの制御回路を必要とする。装置に関する努力は、それに対応して高い。レーザの共振器において、光学コンポーネントのメカニカルな動きが必要とされるので、達成可能な通常のバンド幅は、一般に、数ｋＨｚに制限される。ＤＥ １９９ １１ １０３ Ａ１に従って、音響光学または電気光学変調器によるレーザ発振器のポンピング性能のバリエーションによってさらに、はるかに速い制御を達成することができる。これは、しかしながら、非線形の光学プロセスによって順番に位相オフセットΔφＣＥＯを操作する共振器を循環するパルスの最大出力に影響する。音響光学変調器が最高およそ１００ｋＨｚの通常のバンド幅に制限されるが、電気光学システムは、ＭＨｚ範囲での通常のバンド幅に達することができる。このシステムは、しかしながら、制御エレクトロニクスによって制限される。自由振動ビルドアップが避けられなければならないので、通常の増幅は、典型的には制限される。これは、順番に、ΔφＣＥＯ信号の非常に速い干渉コンポーネント（いわゆる「不具合」）が、不十分にしか補償されることができないという結果になる。
【０００９】
米国の２００７／００８６７１３Ａ１には、モード結合ファイバ・レーザに基づく周波数標準が記述されている。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数自体を安定化させるように、すなわち、それを定数値にセットするように、例えば、ポンピング・パワーまたはブラッグ格子の温度等のレーザ・パラメータを制御するための位相ロック・ループ回路を介して決定されて使用される。
【００１０】
正確なデザインにかかわりなく、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯの値の安定化によって、他のレーザ・パラメータ例えば、たとえば、レーザ・パワー、パルス持続時間またはパルス繰返し率、それは、循環周波数と同一であるが、が影響もされないレーザ・システムは、先行技術において知られていない。
【００１１】
本願発明の基礎をなしている技術的問題は、したがって、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、安定化して、望ましくは、補償される周波数コムを発生する方法とデバイスを提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／００８６７１３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９９１１１０３号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】L. Xu et al., "Route to phase control of ultrashort light pulses", Opt. Lett. 21, 2008- (1996)
【非特許文献２】H. R. Telle et al., "Carrier-envelope offset phase control: A novel concept for absolute optical frequency measurement and ultrashort pulse generation", Appl. Phys. B 69、327- (1999）、
【発明の概要】
【００１４】
本願発明に従って、技術的な対象は、独立したクレームの特徴を有する方法やデバイスによって解決される。有利な実施形態と更なる発展は、下位のクレームから生じる。
【００１５】
本願発明は、実験の手段によってキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を決定し、決定されたキャリア・エンベロープ・オフセット周波数から導出された周波数によって、時間的等間隔短レーザパルスの列の周波数コムの個別ラインをシフトするというアイデアに基づいている。このために、音響光学周波数シフタが使用される。特に、短レーザパルスの補償列を発生する方法が、次のように提案される。この方法は以下のステップを備える。望ましくは、モード結合レーザから、時間的等間隔短レーザパルスの非補償列を受信することと、短レーザパルスの受信された非補償列の周波数コムの個別ラインの周波数がキャリア・エンベロープ・オフセット周波数と一致するＣＥＯ信号を決定することと、音響光学周波数シフタの上に短いプラスの非補償列を導くことと、ＣＥＯ信号から導出された制御信号で音響光学周波数シフタを制御すること。音響光学周波数シフタの第１次回折において、時間的等間隔のレーザパルスの補償列は、発散する。ここで、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数に関して、関係する周波数コムの個別ラインは、安定化する、すなわち、値に設定（調整）される。周波数コムが、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が安定化させられるか、安定化している、すなわち、あらかじめ選択された値にセットされるか、セットされている、等距離の個別ラインを備える短レーザパルスの補償列を発生するための対応するデバイスが、周波数が短いレーザ・プラスの非補償列の周波数コムの個別ラインのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に対応するＣＥＯ信号を発生するキャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニットを備える。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニットが、ＣＥＯ信号から制御信号を導出している制御ユニットに結合される。このデバイスは、短パルスの非補償列のビーム・パスで準備され、それが線形周波数シフタとして動作させるように、構成された音響光学周波数シフタを更に備え、その音響光学周波数シフタは、制御信号によって制御される。これは、制御信号が、音響光学周波数シフタの音響周波数として使用される周波数を有し、正確にこの周波数によって線形に個別ラインの周波数をシフトするようにすることを意味する。短レーザパルスの非補償列は、周波数が、個別ラインの周波数距離の倍数整数に対応しない周波数スペクトルが、個別ラインを備える時間的等間隔の短い光パルスを有する光信号を意味する。これは、キャリア・エンベロープ・オフセットがゼロと等しくないことを意味する。短レーザパルスの補償列は、周波数スペクトルが、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が安定化する、すなわち、所定の値に、望ましくは、値ゼロにセットされる個別ラインを備える短い時間的等間隔の光信号を有する光信号を意味する。先行技術対する本願発明の長所は、複雑な制御エレクトロニクスは必要とされないことにある。ここで提案される方法やデバイスにおいて、応答時間は、音響光学周波数シフタの音波の移行時間によって実際に制限されるが、しかし、制御ループと同様に、振動している挙動は、起こることができない。さらに、例えば、振幅変調または他のレーザ・パラメータのかく乱等の副作用が、起こらないようにする、レーザ発振器への制御する介入は必要とされないパルス持続時間の静的修正は、実際に起こるが、しかし、これは時間に関して一定であり、補償するのは簡単である。
【００１６】
キャリア・エンベロープ・オフセット周波数を補償するために、ここで提案されるデバイスと方法は、短時間等間隔レーザパルスのオリジナルの非補償列に含まれない基準周波数を全く必要としない。この方法は、したがって、自己参照と呼ばれる。この方法で発生される短レーザパルスの補償列は、したがって、自己参照型周波数コムを表す。これとの類似において、この方法を実行するのに適しているデバイスは、自己参照型周波数コムを発生するデバイスと呼ばれる。
【００１７】
その利点は、レーザ発振器の制御する介入が必要でなく、デバイスの動作とレーザのデザインを容易にすることである。このデバイスは、どんなモード結合レーザででも使用することができる。
【００１８】
このＣＥＯ信号を決定するために、望ましくは、短レーザパルスの受信された非補償列の部分を干渉計に伝導することが、提供される。そのような干渉計が、望ましくは、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計として設計される。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニットは、このように、望ましくは、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計、ＣＥＯ信号が導出されるビート信号を受信している感光性検出器を備える。基本的には、どんな方法でも、どんなデバイスでも、ＣＥＯ信号を決定するのに用いることができる。いくつかの例が、Ｈ．Ｒ．Ｔｅｌｌｅ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｂ６９、３２７以下参照（１９９９）中に記述されている。
【００１９】
特に、好ましい態様においては、そのＣＥＯ信号は、周波数フィルタリングによってビート信号から導出される。このためには、望ましくは、ビート信号をフィルタ処理する高周波フィルタが、提供される。特に、好ましい態様においては、高周波フィルタは帯域フィルタとして設計される。高周波フィルタは、予期されたキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に粗く調整される。
【００２０】
その制御信号を発生するために、ＣＥＯ信号は、１つの実施形態において直接音響光学周波数シフタをドライブするように増幅される。
【００２１】
音響光学周波数シフタは、特に、第１次回折において、一定の周波数量ΔｆＳによる周波数コムのすべての個別ラインをシフトするように設計される。量ΔｆＳは、音響発振が音響光学周波数シフタで励起される周波数に対応する。周波数シフタのブラッグ条件は、個々の周波数がΔｆＳ（ΔｆＳ＞０）増やされるように、あるいは、代替的に、ΔｆＳ（ΔｆＳ＜０）によって減少するように選ぶことができる。ネガティブなΔｆＳを利用する場合、制御信号の周波数がＣＥＯ信号の周波数と同時に起こる場合には、周波数コムの結果として生じる個別ラインがレーザの繰り返し周波数のおよび／または個々の光パルスの時間間隔の逆および／または短レーザパルスの列がどれであるか、発生するレーザの共振器循環時間τＲの整数倍数であるように、周波数コムのすべての個別ラインは、正確にｆＣＥＯによって補償される。そのＣＥＯ信号とは別に、繰り返し周波数の、またはその倍数の差異から生じミラー周波数、および、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯは、ビート信号でも生起する。このミラー周波数ｆｍは、ＣＥＯ信号として導出し、使用することができる。その音響光学周波数シフタは、正のΔｆＳを引き起こすブラッグ条件で、使用されなければならないことに留意する。
【００２２】
ＣＥＯ信号の改善されたノイズ抑制と、そして、音響光学周波数シフタのより多くの安定なドライブは、ＣＥＯ信号に位相ロックされた方法で結合する高周波発振器の信号が使用されるＣＥＯ信号中で実施形態において達成される。好ましくは、電圧制御発振器が使用される。そのような実施形態において、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニットが、望ましくは、出力信号が、ＣＥＯ信号として用いられる電圧制御型高周波発振器を備える。その高周波発振器は、ビート信号または結合回路を経たフィルタ処理されたビート信号に位相ロックされた方法で結合する。カップリングは、たとえば、比例積分制御器と同様に、電圧制御発振器をドライブする低域フィルタによる位相検出器を通して実行することができる。この実施形態は、発生される望ましいあるいは有用な信号である光学信号の、位相シフタで回析した、全体としてより高い振幅安定度になる。さらに、短レーザパルス（望ましい信号）の補償列のノイズが、抑えられる。
【００２３】
記述された実施形態の長所は、ゼロまで出力信号でキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に補償することが、可能であることである。この点において、ＣＥＯ信号は、制御信号として「直接」使用される。すなわち、制御信号はＣＥＯ信号の周波数に対応している周波数で発生される。同様に、しかしながら、更なる実施形態で、周波数コムの個別ラインのために望ましいあらかじめ選択されたキャリア・エンベロープ・オフセット周波数をセットすることが可能である。このために、制御信号は、ＣＥＯ信号でオフセット周波数を備えるオフセット周波数信号の周波数混成によって発生される。制御ユニットは、このように、オフセット周波数を備えるオフセット周波数信号を受信するのに適しており、オフセット周波数の周波数混成によって、ＣＥＯ信号で合図する制御信号を発生するためのミキシング・デバイスを備える。高精度の周波数測定の場合、特に、したがって、補償するもののこれらの個別ラインが短レーザパルスの訓練を受けるように、たとえば、所定のオフセット周波数と一致しているキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を持つように組織的に周波数コムの個別ラインをシフトすることが可能である。
【００２４】
オフセット周波数は、ほとんどどんな方法ででも発生することができる。１つの実施形態は、レーザの繰り返し周波数から導出される。このために、更なる（キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニットに提供されるビート信号を検出するための検出器に加えて）短レーザパルスの（補償されていないか補償された）列から、短レーザパルスの繰り返し周波数信号を表している電子繰り返し信号を発生する感光性検出器が提供される。そして、分割ユニットが、電子繰り返し信号を分けることによってオフセット周波数信号を導出するために提供される。他の実施形態は、オフセット周波数信号が、電子的に導出された繰り返し信号からいくつかの他の方法で電子的に導出されることを提供することができる。
【００２５】
いかなるモード結合レーザを有する本願発明によってでも、デバイスの最適な機能を使用することができるようにするために、制御されない態様で、動作されるレーザの散乱適合手段を介して、粗く、音響光学周波数シフタのミッドバンド周波数へキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を適応することは好都合である。好ましくは、ＣＥＯ周波数は、それは、音響光学周波数シフタのミッドバンド周波数に対応するように適している。レーザのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数の適合は、そのミッドバンド周波数がモード結合レーザのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に適するように、音響光学周波数シフタすなわち音響光学周波数シフタの選択の適合に対応する、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数のｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計のビート信号の繰り返し周波数への、十分な距離を達成するために、レーザのＣＥＯ周波数が、望ましくは、
【数１】
にセットされる。ここで、ｎ＝０、１、２、．．．、及び、ｆｒｅｐは、レーザパルスの繰り返し周波数である。
【００２６】
音響光学周波数シフタにおける短レーザパルスの列の回折の場合には、第１の回折次数での空間波長に依存する拡散（角度散乱）は、波長依存回折により起こる。ここでは、そのような空間拡散は、空間チャープと呼ばれる。これを補償するために、１つあるいは複数の角度分散素子が、望ましくは、音響光学周波数シフタの直接的近傍に配置される。そしてそれは少なくとも第１の回折次数の空間チャープを補償する。その１つあるいは複数の角度分散素子は、プリズム、格子、または、いわゆるグリズムを個々に、または、組合せて備えることができる。第１の回折次数の補償のためには、角度分散素子、たとえば、補償プリズムが、周波数シフタの後ろにできるだけ直接的に配置されるならば、有利さがある。これは、しかしながら、０番目の次数が波長に依存する拡散を持つということになる。両方の回折次数において、特に、良いスペクトル・ビーム均質性が望まれる場合には、角度分散素子たとえば、補償プリズム、を、周波数シフタまでのより大きな距離のビーム・パスに、第１の次数で回析した短レーザパルスの補償列だけが空間チャープに関して補償されるように、導入することは有利であり得る。
【００２７】
本願発明の、特に、好ましい実施形態において、個々のコンポーネントは、ファイバ光学的に設計される。したがって、ファイバ・レーザでデバイスを使用することは、簡単である。先行技術から、周波数シフタのファイバ結合変形が知られている。同様に、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計はファイバ光学的に設計さすることができる。これは、レーザ信号を安定化させるための単純でコンパクトな構造を提供する。
【００２８】
本願発明によるデバイスが、周波数コムが、個別ラインかモードのそれぞれの完全なオクターブを備えないモード結合レーザで使用されることになっているならば、１つの実施形態は、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計が、非線形の光学的効果によって、周波数コムの周波数が拡大することになる付加光学要素を備えることを提供する。そこで、たとえば、４つの波の混合によって周波数コムの更なる高エネルギー・ラインが、発生される。マイクロ構造化フォトニック・クリスタル・ファイバ（ＰＣＦ）は、たとえば、光学要素として使用することができる。
【００２９】
音響光学周波数シフタにおいて、回折の間、生起する群遅延散乱効果を補償するために、すなわち、パルス持続時間修正を補償するために、プリズムや格子やチャープトミラーの１つあるいは複数のシーケンスが、短いレーザ・プラスの非補償列のビーム・パスおよび／または、第１の回折次数や音響光学周波数シフタの０番目の回折次数に、短レーザパルスの非補償列や第１の回折次数および／または０番目の回折次数が、音響光学周波数シフタの群遅延散乱に適しており、音響光学周波数シフタの群遅延散乱を補償するために、ネガティブな群遅延散乱を与え、短レーザパルスや第１の回折次数の非補償列、および／または音響光学周波数シフタの０番目の回折次数が、一連のプリズムや格子や音響光学周波数シフタの群遅延散乱に適応したネガティブな群遅延散乱を与えるチャープトミラーを通して音響光学周波数シフタの群遅延散乱を補償するために、導かれるように、配置されることを提供することが有利である。音響光学周波数シフタ上でガイドする前の短レーザパルスの非補償列の補償は、音響光学周波数シフタからの発散している第１および０番目の回折次数が、群遅延散乱に関して補償されるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
以下において、本願発明が図面を参照して更に詳細に説明される。その中で、以下を示す。
【図１】本願発明の第１の、簡略実施形態の概略図である。
【図２】本願発明の第2の、簡略実施形態の概略図である。
【図３ａ】空間チャープの補償を説明するための概略図である。
【図３ｂ】空間チャープの補償を説明するための概略図である。
【図４】改善されたノイズ抑制が、出力信号において達成される、本願発明の実施形態の更なる概略図である。
【図５】本願発明による、デバイスの実施形態の概略図である。短レーザパルスの補償列の周波数コムの個別ラインのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を可変にあらかじめ選択することができる。
【図６】分散的な群遅延効果がプレ補償される実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、自己参照型周波数コムを発生する、または、時間的等間隔短レーザパルスの補償列１７を発生するデバイスを図式的に示す。それぞれ、周波数コムの個別ラインが、安定化させられたキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を備える。そのようなデバイスは、以下において、自己参照型周波数コムを発生するデバイスと呼ばれる。デバイス１は、モード結合レーザ３の時間的等間隔短レーザパルスの非補償列２を受信するのに適している。モード結合レーザは、たとえば、チタン、サファイヤ・レーザまたはエルビウム・ファイバ・レーザであることができる。短レーザパルスのうちの２つの非補償列は、周波数空間で見るとき、モードとも呼ばれる等距離の個別ラインの周波数コムを構成する。周波数コムの個別ラインは、モード結合レーザ３の共振器において、短パルスのうちの１つの循環期間の逆に対応する周波数距離Δｆを有する。個別ラインの周波数ｆｉは、しかし、短レーザパルス（ｆｒｅｐ＝Δｆ）の繰り返し周波数ｆｒｅｐに対応する周波数距離Δｆの整数倍数でない。むしろ、すべての個別ラインが、付加周波数オフセットを備える。このオフセット周波数は、キャリア・エンベロープ・オフセット（ＣＥＯ）周波数ｆＣＥＯと呼ばれる。それは特別な制御メカニズムによって安定化させられないモード結合レーザにおける、このキャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯは、時間に関して定数でない。これは、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、時間に関して変動することを意味する。種々の周囲条件モード結合レーザ３における例えば、温度、ポンピング性能、空気圧、その他のバリエーション等の影響が、これに対して及んでいる。それは、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数によって、周波数オフセットを安定化させ（すなわち、安定化して設定し）、ゼロまたはもう一つの所定の値に、望ましくは、それに補償するために自己参照型周波数コムを発生するデバイス１の対象である。このために、図１の中で図示される実施形態において、短レーザパルスの非補償列２の光の部分が、ビーム分割ミラー４でｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計５に外へ結合される。
【００３２】
短レーザパルスの非補償列２の周波数コムが１オクターブにわたらない場合、周波数コムの周波数拡大が、実行される。このために、たとえば、マイクロ構造化フォトニック・クリスタル・ファイバを使用することができる。４つの波の混合によって、高エネルギー・ラインと低エネルギー・ラインが、したがって，ｆｉ＝ｉ・Δｆ＋ｆＣＥＯがまた適用される周波数ｆｉに対して、周波数コムで発生することができる。このように、必要に応じて、周波数コムは、少なくとも１オクターブにわたって発生される。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数を決定するために、低エネルギー個別ラインは、光学要素において、非線形の光学的効果によって、周波数２倍化され、感光性検出器５’上の周波数コムの高エネルギーの（非周波数２倍化された）個別ラインに対して干渉するようにされる。周波数コムの高エネルギーの個別ラインは、概略、周波数２倍化されている低エネルギー個別ラインの倍の周波数を有する。周波数がキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に対応するビート信号６が、感光性検出器５’の上で検出される。それは、たとえば、フォトダイオードまたは光電子増倍管（二次電子増倍管）であり得る。同様に、ミラー周波数ｆｍのビート信号は、レーザの繰り返し周波数ｆｒｅｐ、および、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯ、すなわちｆｍ＝ｎ・ｆｒｅｐ±ｆＣＥＯの差・和周波数に対応するかにより測定することができる。ここで、ｎ＝１、２、．．．である。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数がラジオ周波数範囲にあるので、それは、感光性検出器５’で直接測定することができる。このように得られたビート信号６は、望ましくは、単純な帯域フィルタとして設計される高周波フィルタ７に供給される。これによって、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は選択されるか、ビート信号からそれぞれ導出される。ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計５と高周波フィルタ７は、共同で、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット８を形成する。このユニットは、電子出力信号としていわゆるＣＥＯ信号９を提供する。
【００３３】
すべての図面の中で、電子信号は、点線によって図示され、光信号は、実線によって図示される。
【００３４】
ＣＥＯ信号９が、制御ユニット１０に供給される。図示した実施例において、この制御ユニットは、音響光学周波数シフタ１３に対する制御信号１２を発生するために、増幅器１１を備える。制御信号１２は、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯ（代替的にミラー周波数ｆｍ）を有する高周波信号である。ビーム分割ミラー４を通過する短レーザパルスの非補償列２の部分は、音響光学周波数シフタ１３に供給される。後者は、第１の回折次数１４で発散している光が、周波数量−ΔｆＳによってシフトされるように、動作される。これは、短レーザパルスの列２の周波数コムの個別ラインの周波数が、音響光学周波数シフタ１３がドライブされる周波数によって各々減らされることを意味する。制御信号１２がキャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯを有するので、すべての個別ラインは、正確にこのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数によって減らされる。したがって、個別ラインは、現在の個別ラインが繰り返し周波数ｆｒｅｐの整数倍数である周波数を持つように、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯによって各々正確に補償される。短レーザパルスの補償列１７の周波数コムの個別ラインに対して、したがって、ｆｉ＝ｉｆｒｅｐが適用される。ここで、ｉは自然数である。短レーザパルスの列２の０番目の次数１５は、ビーム・ストッパ１６の上に導かれる。
【００３５】
自己参照型周波数コムを発生するためにデバイス１から第１の回折次数１４において発散している短レーザパルスの補償列１７は、したがって、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数に関して補償される。これは、定常位相関係が、エンベロープと背景の電界との間ですべてのレーザパルスに対して与えられることを意味する。短レーザ・パルスの、対応して補償された列１７は、アプリケーション１８に供給することができる。これは、どんなアプリケーション、たとえば光増幅器、でもあり得る。このアプリケーションは、また、絶対周波数測定を実行する分光法構成でもあり得る。複数の更なるアプリケーション、たとえば、短レーザパルスの生成が考えられる。
【００３６】
図２は、図式的に、自己参照型周波数コムを発生するデバイス１の更なる実施形態を示す。すべての図において、同一の技術的な特徴は、同一の参照番号を備えている。
【００３７】
図２に従う実施形態は、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯを決定するために使用される短レーザパルスの非補償列２の部分は、音響光学周波数シフタ１３をたたく前に、外へ結合しないという点において、図１によるものと異なる。むしろ、０番目の回折次数１５は、ミラー１９によって、ＣＥＯ決定ユニット８のｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計５に向かう。それは別として、この実施形態は、図１のそれへと同等である。この実施形態の長所は、利用可能な電力が、短レーザパルスの非補償列２で、より効率的に利用されることである。
【００３８】
図１と図２に従う概略図において、音響光学周波数シフタ１３の回折が波長の機能として実行されることは、まだ考慮されなかった。これは、第１の回折次数における短レーザパルスの補償列１７の異なる周波数部分が、わずかに異なる方向に、音響光学周波数シフタ１３から発散することを意味する。これは、図３ａの中に図式的に示される。空間チャープとも呼ばれる、この空間拡散を補償するために、このケースにおける補償プリズム２０として設計される角度分散素子が、図３ｂにおいて、音響光学周波数シフタ１３の後に挿入される。補償プリズム２０は、望ましくは、直接音響光学周波数シフタ１３の後に、短レーザパルスの補償列１７において、望ましくは、良い補償を達成するように、置かれるこれによって、しかしながら、０番目の次数１５が、異なる周波数に関して次に空間的に分割されるように、影響される。ビーム均質性を０番目の回折次数１５と第１の回折次数１４との両方に対して狙う場合には、補償プリズム２０は、０番目の次数が、もはや補償プリズムを通過しないように、音響光学周波数シフタ１３にたいして、より大きな距離にも、置くことができる。
【００３９】
図３ｂのものに等しいか同様の角度分散的な補償が、望ましくは、図１、２および４〜６に図示されるすべての実施形態の中に存在する。しかし、単に、簡略化の理由でそれを示していない。例えば、格子またはグリズム等他の角度分散素子は、個々に、または、組合せ（また、プリズムで）で、補償のために使用することができることは、事実である。
【００４０】
図４は、自己参照型周波数コムを発生するデバイス１の更なる実施形態を図示する。それは、ＣＥＯ信号が、ビート信号６にまたはフィルタ処理されたビート信号６’に、それぞれ位相ロックされた方法で結合する発振器によって発生されるという点で、図２によって実施形態と異なる。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット８は、このために、ビート信号６またはフィルタ処理されたビート信号６’に、それぞれ、位相ロックされた方法で電圧制御発振器として設計された発振器２１を結合させる比例積分制御器２３と同様に位相検出器２２を備える。したがって、ＣＥＯ信号９の振幅は、位相ロック・ループ回路を通して安定化される。これによって、音響光学周波数シフタ１３のより安定したデザイン、そして、それゆえに、短レーザパルスの補償列１７のノイズの縮小が、達成される。
【００４１】
図４に従う実施形態に関して、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット８は、もちろん、図２の対応するキャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット８のように設計することができることに留意する。
【００４２】
図５は、短レーザパルスの補償列１７の周波数コムの個別ラインのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を、一貫してあらかじめ選択することができる短レーザパルスの補償列１７を発生するためのデバイス１の実施形態である。図３または図４による実施形態から逸脱して、制御装置１０は、ＣＥＯ信号９に加えて、オフセット周波数信号２４を受信するように、周波数混合ユニット２５においてオフセット周波数信号２４とＣＥＯ信号９との間で周波数混成を実行するように設計されている。周波数混合ユニット２５は、たとえば、周波数加算器として設計される。しかしながら、周波数混合ユニット２５は、また、電子信号の周波数を混ぜる他のいかなるユニットでもあることができる。周波数混合ユニット２５の出力信号は、更なる、バンド・パスとして設計された高周波フィルタ２６の上に伝導され、制御信号１２を発生するために、増幅器１１でその後増幅される。
【００４３】
オフセット周波数信号２４は、周波数シンセサイザとしても設計することができる発振器３５でも発生することができる。代替的に、オフセット周波数信号２４は、補償されていない短レーザパルスの列２の繰り返し周波数から導出することができる（代替的に、短レーザパルスの補償列１７からの導出も、可能である）。このために、ビーム分割ミラー２７は、短レーザパルスの列２の光の部分を外へ結合し、更なる感光性検出器２８にそれを向けるビーム・パスに提供される。この更なる感光性検出器２８は、実際に、テラヘルツ領域で電界レンジングの発振を解決することができない。しかし、モード結合レーザの繰り返し周波数ｆｒｅｐ、すなわち短レーザパルスの列２の個々のパルスを検出することが、更なる感光性検出器２８を用いて可能である。繰り返し周波数を表している繰り返し信号２９は、分割ユニット３０を介して、オフセット周波数信号２４に変換することができる。分割ユニット３０は、繰り返し周波数のどんな合理的な分割でも、繰り返し周波数ｆｒｅｐに関する周波数を安定化させられた方法で実行することができる。
【００４４】
音響光学周波数シフタ１３での短レーザパルスの列２の回折の間に、特に、個々のレーザパルスが、短レーザパルスの列２において、１００ｆｓより小さいパルス幅を有する場合には、分散的な群遅延効果が生起することができる。それらにプレ補償するために、補償ユニット３１が、図６の中で図式的に示される。そのようにする際に、短レーザパルスの非補償列２は、第１に、ビーム・パスから外へ連結され、プリズム３２、３３の構成の上に伝導され、リフレクタ３４のプリズム３３、３２により反射される。簡略して図示される補償ユニット３１において、一連のプリズムを代表する２つのプリズム３２、３３が示される。別法として、一連の格子やチャープトミラー、または、プリズムや格子やチャープトミラーの組合せを、使用することができる。これらは、ネガティブな群遅延散乱が、短レーザパルスの列２に与えられるように配置される。補償ユニット３１から発散している短レーザパルスの列２’が、したがって、音響光学周波数シフタ１３上で影響を及ぼす前に、音響光学周波数シフタ１３で生起する正の群遅延散乱が、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数に関して補償される第１の回折次数１４で発散している短レーザパルスの補償列１７が、自己参照型周波数コムを発生するデバイス１によって群遅延散乱に関してネガティブに影響されないという結果となるように、群遅延散乱に関してプレ補償される。これは、パルスの時間的延長が起こらないことを意味する。当業者にとって、この実施形態において、０番目の次数は、群遅延散乱に関しても補償されるという結果となる。
【００４５】
他の実施形態において、群遅延散乱に関する補償は、また、第１の及び／又は０番目の回折次数における、音響光学周波数シフタからの発散の後に、実行することができる。そのような補償ユニットが、図６のものと類似して構築される。
【００４６】
補償ユニット３１または音響光学周波数シフタの後に配置される１つあるいは複数のアナログ補償ユニットは、図１、２、４、５において図示される実施形態のいずれかに加えられるかもしれないことは、事実である。補償ユニット３１は、他の実施形態において、単に、簡略化と明確さだけの理由で、図示されなかった。図３ａと図３ｂに関係して記述される空間チャープに関する補償も、同様である。
【００４７】
図示した実施例は、図式的に示されているだけである。好適な実施形態は、ファイバ光学的に設計される。これは、個々のコンポーネントは、主にファイバ光学的に設計され、ファイバ光学構造に組み継ぐことができることを意味する。これは、例えば、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット８、音響光学周波数シフタ１３、オフセット周波数を導出するためのユニットなど、短レーザパルスの列２の繰り返し周波数、または音響光学周波数シフタにおける群遅延散乱に補償するための補償ユニット３１から生じる範囲で、個々の図示したユニットに関するものである。
【００４８】
図において、自己参照型周波数コムを発生するデバイス１が、モード結合レーザ３とは別に設計される自己内蔵型デバイスとして記述された。当業者は、モード結合レーザ３が、特に、ファイバ光学構成の場合、デバイスに統合することができることを理解する。特に、そのような実施形態において、レーザ３は、望ましくは、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数に関して補償を実行する音響光学周波数シフタ１３のミッドバンド周波数に粗くそれぞれモード結合したレーザの共振器において、簡略化上の理由で、散乱適合手段３’とここで呼ばれる１つあるいは複数の分散素子を通して構成されるか、構成されることができるように設計される。散乱適合手段３’は、たとえば、特定の楔型プリズムにおいて、プリズムを備えることができる。別法として、音響光学周波数シフタ１３は、レーザ３のキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に対応して適しているように選択することができる。しかしながら、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、モード結合レーザの共振器における光学要素に影響する複数の周囲条件の影響に依存するので、それぞれのモード結合レーザにおけるキャリア・エンベロープ・オフセット周波数の粗い適合を実行するが好適である。この適合は、しかしながら、制御された方法、または連続制御を介してでは実行されない。しかし、一度だけ、または、より大きな時間間隔における、環境条件のより強い変化の場合に必要である。
【００４９】
キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、望ましくは、
【数２】
に対応するように、選択される。これは、ビート信号としてのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、信頼性をもって、生起するミラー周波数および、ビート信号で生起する他の周波数から区別できる、あるいは、それぞれ識別できる。そして、単純な高周波フィルタによって絶縁されることを確実にする。
【００５０】
本願発明の特定の長所は、共振器の機構部品またはレーザーアクティブ・メディアのポンピング性能に影響する制御は必要でないことにある。むしろ、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯに関する補償は、（上記のように、音響光学周波数シフタの周波数へのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数の粗い適合を除いて）モード結合レーザの動作にかかわりなく、別に、完全に実行される。これは、自己参照型周波数コムを提供する全てのデバイスのより単純な、よりコスト効率的な構成を可能にする。特定の利点は、さらに、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、多くのアプリケーションのために必要であるか、少なくとも有利である、ゼロまで補償することができることにある。
【００５１】
光学構造のいくつかの特定の詳細が言及されなかったことが理解されるべきである。しかしながら、それは、当業者にとっては、通常、よく知っていることである。これらは、デバイスの個々のユニットにおいて最適ビーム制御を可能にするために、ミラー、半波長プレート、偏光フィルタ、その他を備えることができる。
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、時間的等間隔短レーザパルスの補償列、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、一連のそのような短レーザパルスを発生するためのデバイスに関してと同様に、所定の値で安定化する個別ラインを備える周波数コムを発生する方法に関連する。ここで「安定化する」とは、大きさを定数値に設定することを意味する。したがって、所定の値に安定化させることは、大きさの設定を、この大きさが時間とともに一定である所定の値を有するように、設定することを含む。
【背景技術】
【０００２】
一連の短レーザパルスは、いわゆるモード結合レーザで発生することができる。レーザ・メディアにおいて、レーザの共振器のレーザ遷移の十分なバンド幅の種々の周波数で非常に多くの自励発振を刺激することが可能である。自励発振は、モードとも呼ばれる。適切なメカニズムによって、自励発振の一貫した段階関係を生成することが可能である。これは、モード同期またはモード結合と呼ばれる。モード結合のために、レーザの共振器におけるレーザパルスの循環期間に対応した時間間隔τＲによる短い光パルスの放出が、影響される。パルスの時間的等距離の直接的な結果は、そのようなレーザの周波数スペクトルが、等距離の個別ライン、いわゆる周波数コムから成ることである。この関係のために、そのような一連の短レーザパルスまたは短レーザパルスの修正された列を発生する方法または、デバイスは、また、周波数コムを発生する方法またはデバイスと、それぞれ、呼ぶことができる。個別ラインΔｆ間の周波数空間の距離は、共振器τＲで循環期間のインバース値に対応する。したがって、Δｆ＝１／τＲが適用される。
【０００３】
Ｌ．Ｘｕ他による論文「超短パルスの位相制御への道（Route to phase control of ultrashort light pulses）」Opt. Lett. 21, 2008以下参照 (1996)から、個別ラインｉの周波数ｆｉは、差異周波数Δｆの整数倍数でないことが知られている。むしろ、ｆｉ＝ｆＣＥＯ＋ｉｆの関係が、個別ラインｉの周波数ｆｉに対して存在する。ここで、ｆＣＥＯは、文献において、キャリア・エンベロープ・オフセット（ＣＥＯ）周波数として参照されるオフセット周波数を示す。このオフセット周波数は、レーザパルスの群速度は、個々の重畳レーザ・モードまたは個別ライン、それぞれの位相速度からそれるという事実によって引き起こされる。典型的には、個々のレーザ・モードの電界は、レーザパルスのエンベロープよりも、レーザの共振器の電気メディアを通してわずかに高い位相速度で伝播する。これは、エンベロープと共振器にあるすべての循環の個々のモードの間の位相オフセットΔφＣＥＯ＝２πｆＣＥＯτＲの結果となる。時間に関して、このオフセットは、時間オフセットが、電界の最大振幅の発生と、エンベロープの最大振幅の発生との間に起こることを意味する。この時間オフセットは、正しくは、ΔＴＣＥＯ＝ΔφＣＥＯ／２πν０で与えられるが、しばしば、キャリア・エンベロープ・オフセット位相ΔφＣＥＯとも呼ばれる。ここで、ν０はレーザパルスのキャリア周波数である。
【０００４】
キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯの大きさは、環境要因、例えば、温度と空気圧、また、レーザ・メディア、その他のポンピング性能に非常に依存しており、さらに、それらはすべての要因でなく、いくつかのみをリストするものであるので、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、時間に関してさらに安定的ではない。
【０００５】
先行技術において、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯを決定するための種々の方法が提案された。Ｈ．Ｒ． Ｔｅｌｌｅ他による、刊行物「キャリア・エンベロープ・オフセット位相制御：絶対光学周波数測定と超短パルス発生のための新しい概念（Carrier-envelope offset phase control: A novel concept for absolute optical frequency measurement and ultrashort pulse generation）」Appl. Phys. B 69、327以下参照（1999）、において、いくつかの可能な方法が記述されている。レーザ信号の部分が干渉計に伝導されるいわゆるｆ−ｔｏ−２ｆ干渉方法が、多くの場合にしばしば用いられる。干渉計において、非線形の光学プロセスが、低エネルギー・レーザ・モードの、または、周波数コムの低エネルギー個別ラインの、それぞれ、第二調波を発生するために、および、それを、レーザパルスの周波数コムの高エネルギーの（高周波）個別ラインに対して干渉させるために、利用される。ｆｉが周波数コムの低エネルギー領域から周波数であるならば、ｆｉ＝ｉ・Δｆ＋ｆＣＥＯ、２ｆｉ＝（２ｉΔｆ＋２ｆＣＥＯ）が、周波数２倍化の後に、適用される。したがって、この周波数２倍化された個別ラインが、２倍周波数すなわち、ｆ２ｉ＝２ｉΔｆ＋ｆＣＥＯ、を有する個別ラインに対して干渉するようにされるならば、２ｆｉ−ｆ２ｉ＝（２ｉΔｆ＋２ｆＣＥＯ）−（２ｉΔｆ＋ｆＣＥＯ）＝ｆＣＥＯが、ビート信号に対する結果となる。したがって、ビート信号の周波数は、直接キャリア・エンベロープ・オフセット周波数を示す。
【０００６】
いくつかのアプリケーションに対して、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数を知っていることが十分である。他のアプリケーションに対しては、しかしながら、望ましくは、下にある電界とレーザパルス定数のエンベロープの間での位相オフセットを、ゼロまで最小にするように保つことが望ましく、及び／又は、必要である。
【０００７】
これは、たとえば、アト秒の範囲のパルス長を有する短パルスを発生するときに、有利である、及び／又は、必要である。
【０００８】
ＤＥ １９９ １１ １０３ Ａ１は、光学的振動数を合成するためにそれを使用するのと同様に短レーザパルスを発生する方法とデバイスを開示する。レーザパルスが共振器構成を循環している、および、各々が、共振器構成の複数の縦モードに対応するスペクトル・コンポーネントｌから成る安定化させられたレーザ・デバイスにおいて、発生されたすべてのモードは、共振器構成の線形分散の所定の設定によって、スペクトル特定周波数変動に従う。散乱の、そして、共振器を循環する光パルスの群と位相循環が制御される共振器長の同時設定のための制御が、記述されている。散乱の設定は、たとえば、楔型プリズムをビーム・パスに挿入することによって達成することができる。代替的におよび／または追加的に、共振器は、回転可能な終端ミラーを備えることができる。散乱を変えるために提案される手段は、必然的に、光路長の変更のおよび／または共振器循環期間τＲ、すなわち時間間隔の光パルス変化の変更という結果になる。この間隔や個別ラインΔｆの周波数距離を一定に保つために、たとえば、共振器長を制御する更なる制御が、必要とされる。ＤＥ １９９ １１ １０３ Ａ１で記述される方法とデバイスは、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯ、及び共振器循環期間τＲ、および／または、周波数距離Δｆ定数に対応する繰り返し周波数ｆｒｅｐを保つために各々、互いに影響している少なくとも２つの制御回路を必要とする。装置に関する努力は、それに対応して高い。レーザの共振器において、光学コンポーネントのメカニカルな動きが必要とされるので、達成可能な通常のバンド幅は、一般に、数ｋＨｚに制限される。ＤＥ １９９ １１ １０３ Ａ１に従って、音響光学または電気光学変調器によるレーザ発振器のポンピング性能のバリエーションによってさらに、はるかに速い制御を達成することができる。これは、しかしながら、非線形の光学プロセスによって順番に位相オフセットΔφＣＥＯを操作する共振器を循環するパルスの最大出力に影響する。音響光学変調器が最高およそ１００ｋＨｚの通常のバンド幅に制限されるが、電気光学システムは、ＭＨｚ範囲での通常のバンド幅に達することができる。このシステムは、しかしながら、制御エレクトロニクスによって制限される。自由振動ビルドアップが避けられなければならないので、通常の増幅は、典型的には制限される。これは、順番に、ΔφＣＥＯ信号の非常に速い干渉コンポーネント（いわゆる「不具合」）が、不十分にしか補償されることができないという結果になる。
【０００９】
米国の２００７／００８６７１３Ａ１には、モード結合ファイバ・レーザに基づく周波数標準が記述されている。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数自体を安定化させるように、すなわち、それを定数値にセットするように、例えば、ポンピング・パワーまたはブラッグ格子の温度等のレーザ・パラメータを制御するための位相ロック・ループ回路を介して決定されて使用される。
【００１０】
正確なデザインにかかわりなく、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯの値の安定化によって、他のレーザ・パラメータ例えば、たとえば、レーザ・パワー、パルス持続時間またはパルス繰返し率、それは、循環周波数と同一であるが、が影響もされないレーザ・システムは、先行技術において知られていない。
【００１１】
本願発明の基礎をなしている技術的問題は、したがって、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、安定化して、望ましくは、補償される周波数コムを発生する方法とデバイスを提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／００８６７１３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９９１１１０３号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】L. Xu et al., "Route to phase control of ultrashort light pulses", Opt. Lett. 21, 2008- (1996)
【非特許文献２】H. R. Telle et al., "Carrier-envelope offset phase control: A novel concept for absolute optical frequency measurement and ultrashort pulse generation", Appl. Phys. B 69、327- (1999）、
【発明の概要】
【００１４】
本願発明に従って、技術的な対象は、独立したクレームの特徴を有する方法やデバイスによって解決される。有利な実施形態と更なる発展は、下位のクレームから生じる。
【００１５】
本願発明は、実験の手段によってキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を決定し、決定されたキャリア・エンベロープ・オフセット周波数から導出された周波数によって、時間的等間隔短レーザパルスの列の周波数コムの個別ラインをシフトするというアイデアに基づいている。このために、音響光学周波数シフタが使用される。特に、短レーザパルスの補償列を発生する方法が、次のように提案される。この方法は以下のステップを備える。望ましくは、モード結合レーザから、時間的等間隔短レーザパルスの非補償列を受信することと、短レーザパルスの受信された非補償列の周波数コムの個別ラインの周波数がキャリア・エンベロープ・オフセット周波数と一致するＣＥＯ信号を決定することと、音響光学周波数シフタの上に短いプラスの非補償列を導くことと、ＣＥＯ信号から導出された制御信号で音響光学周波数シフタを制御すること。音響光学周波数シフタの第１次回折において、時間的等間隔のレーザパルスの補償列は、発散する。ここで、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数に関して、関係する周波数コムの個別ラインは、安定化する、すなわち、値に設定（調整）される。周波数コムが、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が安定化させられるか、安定化している、すなわち、あらかじめ選択された値にセットされるか、セットされている、等距離の個別ラインを備える短レーザパルスの補償列を発生するための対応するデバイスが、周波数が短いレーザ・プラスの非補償列の周波数コムの個別ラインのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に対応するＣＥＯ信号を発生するキャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニットを備える。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニットが、ＣＥＯ信号から制御信号を導出している制御ユニットに結合される。このデバイスは、短パルスの非補償列のビーム・パスで準備され、それが線形周波数シフタとして動作させるように、構成された音響光学周波数シフタを更に備え、その音響光学周波数シフタは、制御信号によって制御される。これは、制御信号が、音響光学周波数シフタの音響周波数として使用される周波数を有し、正確にこの周波数によって線形に個別ラインの周波数をシフトするようにすることを意味する。短レーザパルスの非補償列は、周波数が、個別ラインの周波数距離の倍数整数に対応しない周波数スペクトルが、個別ラインを備える時間的等間隔の短い光パルスを有する光信号を意味する。これは、キャリア・エンベロープ・オフセットがゼロと等しくないことを意味する。短レーザパルスの補償列は、周波数スペクトルが、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が安定化する、すなわち、所定の値に、望ましくは、値ゼロにセットされる個別ラインを備える短い時間的等間隔の光信号を有する光信号を意味する。先行技術対する本願発明の長所は、複雑な制御エレクトロニクスは必要とされないことにある。ここで提案される方法やデバイスにおいて、応答時間は、音響光学周波数シフタの音波の移行時間によって実際に制限されるが、しかし、制御ループと同様に、振動している挙動は、起こることができない。さらに、例えば、振幅変調または他のレーザ・パラメータのかく乱等の副作用が、起こらないようにする、レーザ発振器への制御する介入は必要とされないパルス持続時間の静的修正は、実際に起こるが、しかし、これは時間に関して一定であり、補償するのは簡単である。
【００１６】
キャリア・エンベロープ・オフセット周波数を補償するために、ここで提案されるデバイスと方法は、短時間等間隔レーザパルスのオリジナルの非補償列に含まれない基準周波数を全く必要としない。この方法は、したがって、自己参照と呼ばれる。この方法で発生される短レーザパルスの補償列は、したがって、自己参照型周波数コムを表す。これとの類似において、この方法を実行するのに適しているデバイスは、自己参照型周波数コムを発生するデバイスと呼ばれる。
【００１７】
その利点は、レーザ発振器の制御する介入が必要でなく、デバイスの動作とレーザのデザインを容易にすることである。このデバイスは、どんなモード結合レーザででも使用することができる。
【００１８】
このＣＥＯ信号を決定するために、望ましくは、短レーザパルスの受信された非補償列の部分を干渉計に伝導することが、提供される。そのような干渉計が、望ましくは、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計として設計される。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニットは、このように、望ましくは、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計、ＣＥＯ信号が導出されるビート信号を受信している感光性検出器を備える。基本的には、どんな方法でも、どんなデバイスでも、ＣＥＯ信号を決定するのに用いることができる。いくつかの例が、Ｈ．Ｒ．Ｔｅｌｌｅ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｂ６９、３２７以下参照（１９９９）中に記述されている。
【００１９】
特に、好ましい態様においては、そのＣＥＯ信号は、周波数フィルタリングによってビート信号から導出される。このためには、望ましくは、ビート信号をフィルタ処理する高周波フィルタが、提供される。特に、好ましい態様においては、高周波フィルタは帯域フィルタとして設計される。高周波フィルタは、予期されたキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に粗く調整される。
【００２０】
その制御信号を発生するために、ＣＥＯ信号は、１つの実施形態において直接音響光学周波数シフタをドライブするように増幅される。
【００２１】
音響光学周波数シフタは、特に、第１次回折において、一定の周波数量ΔｆＳによる周波数コムのすべての個別ラインをシフトするように設計される。量ΔｆＳは、音響発振が音響光学周波数シフタで励起される周波数に対応する。周波数シフタのブラッグ条件は、個々の周波数がΔｆＳ（ΔｆＳ＞０）増やされるように、あるいは、代替的に、ΔｆＳ（ΔｆＳ＜０）によって減少するように選ぶことができる。ネガティブなΔｆＳを利用する場合、制御信号の周波数がＣＥＯ信号の周波数と同時に起こる場合には、周波数コムの結果として生じる個別ラインがレーザの繰り返し周波数のおよび／または個々の光パルスの時間間隔の逆および／または短レーザパルスの列がどれであるか、発生するレーザの共振器循環時間τＲの整数倍数であるように、周波数コムのすべての個別ラインは、正確にｆＣＥＯによって補償される。そのＣＥＯ信号とは別に、繰り返し周波数の、またはその倍数の差異から生じミラー周波数、および、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯは、ビート信号でも生起する。このミラー周波数ｆｍは、ＣＥＯ信号として導出し、使用することができる。その音響光学周波数シフタは、正のΔｆＳを引き起こすブラッグ条件で、使用されなければならないことに留意する。
【００２２】
ＣＥＯ信号の改善されたノイズ抑制と、そして、音響光学周波数シフタのより多くの安定なドライブは、ＣＥＯ信号に位相ロックされた方法で結合する高周波発振器の信号が使用されるＣＥＯ信号中で実施形態において達成される。好ましくは、電圧制御発振器が使用される。そのような実施形態において、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニットが、望ましくは、出力信号が、ＣＥＯ信号として用いられる電圧制御型高周波発振器を備える。その高周波発振器は、ビート信号または結合回路を経たフィルタ処理されたビート信号に位相ロックされた方法で結合する。カップリングは、たとえば、比例積分制御器と同様に、電圧制御発振器をドライブする低域フィルタによる位相検出器を通して実行することができる。この実施形態は、発生される望ましいあるいは有用な信号である光学信号の、位相シフタで回析した、全体としてより高い振幅安定度になる。さらに、短レーザパルス（望ましい信号）の補償列のノイズが、抑えられる。
【００２３】
記述された実施形態の長所は、ゼロまで出力信号でキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に補償することが、可能であることである。この点において、ＣＥＯ信号は、制御信号として「直接」使用される。すなわち、制御信号はＣＥＯ信号の周波数に対応している周波数で発生される。同様に、しかしながら、更なる実施形態で、周波数コムの個別ラインのために望ましいあらかじめ選択されたキャリア・エンベロープ・オフセット周波数をセットすることが可能である。このために、制御信号は、ＣＥＯ信号でオフセット周波数を備えるオフセット周波数信号の周波数混成によって発生される。制御ユニットは、このように、オフセット周波数を備えるオフセット周波数信号を受信するのに適しており、オフセット周波数の周波数混成によって、ＣＥＯ信号で合図する制御信号を発生するためのミキシング・デバイスを備える。高精度の周波数測定の場合、特に、したがって、補償するもののこれらの個別ラインが短レーザパルスの訓練を受けるように、たとえば、所定のオフセット周波数と一致しているキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を持つように組織的に周波数コムの個別ラインをシフトすることが可能である。
【００２４】
オフセット周波数は、ほとんどどんな方法ででも発生することができる。１つの実施形態は、レーザの繰り返し周波数から導出される。このために、更なる（キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニットに提供されるビート信号を検出するための検出器に加えて）短レーザパルスの（補償されていないか補償された）列から、短レーザパルスの繰り返し周波数信号を表している電子繰り返し信号を発生する感光性検出器が提供される。そして、分割ユニットが、電子繰り返し信号を分けることによってオフセット周波数信号を導出するために提供される。他の実施形態は、オフセット周波数信号が、電子的に導出された繰り返し信号からいくつかの他の方法で電子的に導出されることを提供することができる。
【００２５】
いかなるモード結合レーザを有する本願発明によってでも、デバイスの最適な機能を使用することができるようにするために、制御されない態様で、動作されるレーザの散乱適合手段を介して、粗く、音響光学周波数シフタのミッドバンド周波数へキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を適応することは好都合である。好ましくは、ＣＥＯ周波数は、それは、音響光学周波数シフタのミッドバンド周波数に対応するように適している。レーザのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数の適合は、そのミッドバンド周波数がモード結合レーザのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に適するように、音響光学周波数シフタすなわち音響光学周波数シフタの選択の適合に対応する、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数のｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計のビート信号の繰り返し周波数への、十分な距離を達成するために、レーザのＣＥＯ周波数が、望ましくは、
【数１】
にセットされる。ここで、ｎ＝０、１、２、．．．、及び、ｆｒｅｐは、レーザパルスの繰り返し周波数である。
【００２６】
音響光学周波数シフタにおける短レーザパルスの列の回折の場合には、第１の回折次数での空間波長に依存する拡散（角度散乱）は、波長依存回折により起こる。ここでは、そのような空間拡散は、空間チャープと呼ばれる。これを補償するために、１つあるいは複数の角度分散素子が、望ましくは、音響光学周波数シフタの直接的近傍に配置される。そしてそれは少なくとも第１の回折次数の空間チャープを補償する。その１つあるいは複数の角度分散素子は、プリズム、格子、または、いわゆるグリズムを個々に、または、組合せて備えることができる。第１の回折次数の補償のためには、角度分散素子、たとえば、補償プリズムが、周波数シフタの後ろにできるだけ直接的に配置されるならば、有利さがある。これは、しかしながら、０番目の次数が波長に依存する拡散を持つということになる。両方の回折次数において、特に、良いスペクトル・ビーム均質性が望まれる場合には、角度分散素子たとえば、補償プリズム、を、周波数シフタまでのより大きな距離のビーム・パスに、第１の次数で回析した短レーザパルスの補償列だけが空間チャープに関して補償されるように、導入することは有利であり得る。
【００２７】
本願発明の、特に、好ましい実施形態において、個々のコンポーネントは、ファイバ光学的に設計される。したがって、ファイバ・レーザでデバイスを使用することは、簡単である。先行技術から、周波数シフタのファイバ結合変形が知られている。同様に、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計はファイバ光学的に設計さすることができる。これは、レーザ信号を安定化させるための単純でコンパクトな構造を提供する。
【００２８】
本願発明によるデバイスが、周波数コムが、個別ラインかモードのそれぞれの完全なオクターブを備えないモード結合レーザで使用されることになっているならば、１つの実施形態は、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計が、非線形の光学的効果によって、周波数コムの周波数が拡大することになる付加光学要素を備えることを提供する。そこで、たとえば、４つの波の混合によって周波数コムの更なる高エネルギー・ラインが、発生される。マイクロ構造化フォトニック・クリスタル・ファイバ（ＰＣＦ）は、たとえば、光学要素として使用することができる。
【００２９】
音響光学周波数シフタにおいて、回折の間、生起する群遅延散乱効果を補償するために、すなわち、パルス持続時間修正を補償するために、プリズムや格子やチャープトミラーの１つあるいは複数のシーケンスが、短いレーザ・プラスの非補償列のビーム・パスおよび／または、第１の回折次数や音響光学周波数シフタの０番目の回折次数に、短レーザパルスの非補償列や第１の回折次数および／または０番目の回折次数が、音響光学周波数シフタの群遅延散乱に適しており、音響光学周波数シフタの群遅延散乱を補償するために、ネガティブな群遅延散乱を与え、短レーザパルスや第１の回折次数の非補償列、および／または音響光学周波数シフタの０番目の回折次数が、一連のプリズムや格子や音響光学周波数シフタの群遅延散乱に適応したネガティブな群遅延散乱を与えるチャープトミラーを通して音響光学周波数シフタの群遅延散乱を補償するために、導かれるように、配置されることを提供することが有利である。音響光学周波数シフタ上でガイドする前の短レーザパルスの非補償列の補償は、音響光学周波数シフタからの発散している第１および０番目の回折次数が、群遅延散乱に関して補償されるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
以下において、本願発明が図面を参照して更に詳細に説明される。その中で、以下を示す。
【図１】本願発明の第１の、簡略実施形態の概略図である。
【図２】本願発明の第2の、簡略実施形態の概略図である。
【図３ａ】空間チャープの補償を説明するための概略図である。
【図３ｂ】空間チャープの補償を説明するための概略図である。
【図４】改善されたノイズ抑制が、出力信号において達成される、本願発明の実施形態の更なる概略図である。
【図５】本願発明による、デバイスの実施形態の概略図である。短レーザパルスの補償列の周波数コムの個別ラインのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を可変にあらかじめ選択することができる。
【図６】分散的な群遅延効果がプレ補償される実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、自己参照型周波数コムを発生する、または、時間的等間隔短レーザパルスの補償列１７を発生するデバイスを図式的に示す。それぞれ、周波数コムの個別ラインが、安定化させられたキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を備える。そのようなデバイスは、以下において、自己参照型周波数コムを発生するデバイスと呼ばれる。デバイス１は、モード結合レーザ３の時間的等間隔短レーザパルスの非補償列２を受信するのに適している。モード結合レーザは、たとえば、チタン、サファイヤ・レーザまたはエルビウム・ファイバ・レーザであることができる。短レーザパルスのうちの２つの非補償列は、周波数空間で見るとき、モードとも呼ばれる等距離の個別ラインの周波数コムを構成する。周波数コムの個別ラインは、モード結合レーザ３の共振器において、短パルスのうちの１つの循環期間の逆に対応する周波数距離Δｆを有する。個別ラインの周波数ｆｉは、しかし、短レーザパルス（ｆｒｅｐ＝Δｆ）の繰り返し周波数ｆｒｅｐに対応する周波数距離Δｆの整数倍数でない。むしろ、すべての個別ラインが、付加周波数オフセットを備える。このオフセット周波数は、キャリア・エンベロープ・オフセット（ＣＥＯ）周波数ｆＣＥＯと呼ばれる。それは特別な制御メカニズムによって安定化させられないモード結合レーザにおける、このキャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯは、時間に関して定数でない。これは、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、時間に関して変動することを意味する。種々の周囲条件モード結合レーザ３における例えば、温度、ポンピング性能、空気圧、その他のバリエーション等の影響が、これに対して及んでいる。それは、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数によって、周波数オフセットを安定化させ（すなわち、安定化して設定し）、ゼロまたはもう一つの所定の値に、望ましくは、それに補償するために自己参照型周波数コムを発生するデバイス１の対象である。このために、図１の中で図示される実施形態において、短レーザパルスの非補償列２の光の部分が、ビーム分割ミラー４でｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計５に外へ結合される。
【００３２】
短レーザパルスの非補償列２の周波数コムが１オクターブにわたらない場合、周波数コムの周波数拡大が、実行される。このために、たとえば、マイクロ構造化フォトニック・クリスタル・ファイバを使用することができる。４つの波の混合によって、高エネルギー・ラインと低エネルギー・ラインが、したがって，ｆｉ＝ｉ・Δｆ＋ｆＣＥＯがまた適用される周波数ｆｉに対して、周波数コムで発生することができる。このように、必要に応じて、周波数コムは、少なくとも１オクターブにわたって発生される。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数を決定するために、低エネルギー個別ラインは、光学要素において、非線形の光学的効果によって、周波数２倍化され、感光性検出器５’上の周波数コムの高エネルギーの（非周波数２倍化された）個別ラインに対して干渉するようにされる。周波数コムの高エネルギーの個別ラインは、概略、周波数２倍化されている低エネルギー個別ラインの倍の周波数を有する。周波数がキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に対応するビート信号６が、感光性検出器５’の上で検出される。それは、たとえば、フォトダイオードまたは光電子増倍管（二次電子増倍管）であり得る。同様に、ミラー周波数ｆｍのビート信号は、レーザの繰り返し周波数ｆｒｅｐ、および、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯ、すなわちｆｍ＝ｎ・ｆｒｅｐ±ｆＣＥＯの差・和周波数に対応するかにより測定することができる。ここで、ｎ＝１、２、．．．である。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数がラジオ周波数範囲にあるので、それは、感光性検出器５’で直接測定することができる。このように得られたビート信号６は、望ましくは、単純な帯域フィルタとして設計される高周波フィルタ７に供給される。これによって、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は選択されるか、ビート信号からそれぞれ導出される。ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計５と高周波フィルタ７は、共同で、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット８を形成する。このユニットは、電子出力信号としていわゆるＣＥＯ信号９を提供する。
【００３３】
すべての図面の中で、電子信号は、点線によって図示され、光信号は、実線によって図示される。
【００３４】
ＣＥＯ信号９が、制御ユニット１０に供給される。図示した実施例において、この制御ユニットは、音響光学周波数シフタ１３に対する制御信号１２を発生するために、増幅器１１を備える。制御信号１２は、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯ（代替的にミラー周波数ｆｍ）を有する高周波信号である。ビーム分割ミラー４を通過する短レーザパルスの非補償列２の部分は、音響光学周波数シフタ１３に供給される。後者は、第１の回折次数１４で発散している光が、周波数量−ΔｆＳによってシフトされるように、動作される。これは、短レーザパルスの列２の周波数コムの個別ラインの周波数が、音響光学周波数シフタ１３がドライブされる周波数によって各々減らされることを意味する。制御信号１２がキャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯを有するので、すべての個別ラインは、正確にこのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数によって減らされる。したがって、個別ラインは、現在の個別ラインが繰り返し周波数ｆｒｅｐの整数倍数である周波数を持つように、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯによって各々正確に補償される。短レーザパルスの補償列１７の周波数コムの個別ラインに対して、したがって、ｆｉ＝ｉｆｒｅｐが適用される。ここで、ｉは自然数である。短レーザパルスの列２の０番目の次数１５は、ビーム・ストッパ１６の上に導かれる。
【００３５】
自己参照型周波数コムを発生するためにデバイス１から第１の回折次数１４において発散している短レーザパルスの補償列１７は、したがって、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数に関して補償される。これは、定常位相関係が、エンベロープと背景の電界との間ですべてのレーザパルスに対して与えられることを意味する。短レーザ・パルスの、対応して補償された列１７は、アプリケーション１８に供給することができる。これは、どんなアプリケーション、たとえば光増幅器、でもあり得る。このアプリケーションは、また、絶対周波数測定を実行する分光法構成でもあり得る。複数の更なるアプリケーション、たとえば、短レーザパルスの生成が考えられる。
【００３６】
図２は、図式的に、自己参照型周波数コムを発生するデバイス１の更なる実施形態を示す。すべての図において、同一の技術的な特徴は、同一の参照番号を備えている。
【００３７】
図２に従う実施形態は、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯを決定するために使用される短レーザパルスの非補償列２の部分は、音響光学周波数シフタ１３をたたく前に、外へ結合しないという点において、図１によるものと異なる。むしろ、０番目の回折次数１５は、ミラー１９によって、ＣＥＯ決定ユニット８のｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計５に向かう。それは別として、この実施形態は、図１のそれへと同等である。この実施形態の長所は、利用可能な電力が、短レーザパルスの非補償列２で、より効率的に利用されることである。
【００３８】
図１と図２に従う概略図において、音響光学周波数シフタ１３の回折が波長の機能として実行されることは、まだ考慮されなかった。これは、第１の回折次数における短レーザパルスの補償列１７の異なる周波数部分が、わずかに異なる方向に、音響光学周波数シフタ１３から発散することを意味する。これは、図３ａの中に図式的に示される。空間チャープとも呼ばれる、この空間拡散を補償するために、このケースにおける補償プリズム２０として設計される角度分散素子が、図３ｂにおいて、音響光学周波数シフタ１３の後に挿入される。補償プリズム２０は、望ましくは、直接音響光学周波数シフタ１３の後に、短レーザパルスの補償列１７において、望ましくは、良い補償を達成するように、置かれるこれによって、しかしながら、０番目の次数１５が、異なる周波数に関して次に空間的に分割されるように、影響される。ビーム均質性を０番目の回折次数１５と第１の回折次数１４との両方に対して狙う場合には、補償プリズム２０は、０番目の次数が、もはや補償プリズムを通過しないように、音響光学周波数シフタ１３にたいして、より大きな距離にも、置くことができる。
【００３９】
図３ｂのものに等しいか同様の角度分散的な補償が、望ましくは、図１、２および４〜６に図示されるすべての実施形態の中に存在する。しかし、単に、簡略化の理由でそれを示していない。例えば、格子またはグリズム等他の角度分散素子は、個々に、または、組合せ（また、プリズムで）で、補償のために使用することができることは、事実である。
【００４０】
図４は、自己参照型周波数コムを発生するデバイス１の更なる実施形態を図示する。それは、ＣＥＯ信号が、ビート信号６にまたはフィルタ処理されたビート信号６’に、それぞれ位相ロックされた方法で結合する発振器によって発生されるという点で、図２によって実施形態と異なる。キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット８は、このために、ビート信号６またはフィルタ処理されたビート信号６’に、それぞれ、位相ロックされた方法で電圧制御発振器として設計された発振器２１を結合させる比例積分制御器２３と同様に位相検出器２２を備える。したがって、ＣＥＯ信号９の振幅は、位相ロック・ループ回路を通して安定化される。これによって、音響光学周波数シフタ１３のより安定したデザイン、そして、それゆえに、短レーザパルスの補償列１７のノイズの縮小が、達成される。
【００４１】
図４に従う実施形態に関して、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット８は、もちろん、図２の対応するキャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット８のように設計することができることに留意する。
【００４２】
図５は、短レーザパルスの補償列１７の周波数コムの個別ラインのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を、一貫してあらかじめ選択することができる短レーザパルスの補償列１７を発生するためのデバイス１の実施形態である。図３または図４による実施形態から逸脱して、制御装置１０は、ＣＥＯ信号９に加えて、オフセット周波数信号２４を受信するように、周波数混合ユニット２５においてオフセット周波数信号２４とＣＥＯ信号９との間で周波数混成を実行するように設計されている。周波数混合ユニット２５は、たとえば、周波数加算器として設計される。しかしながら、周波数混合ユニット２５は、また、電子信号の周波数を混ぜる他のいかなるユニットでもあることができる。周波数混合ユニット２５の出力信号は、更なる、バンド・パスとして設計された高周波フィルタ２６の上に伝導され、制御信号１２を発生するために、増幅器１１でその後増幅される。
【００４３】
オフセット周波数信号２４は、周波数シンセサイザとしても設計することができる発振器３５でも発生することができる。代替的に、オフセット周波数信号２４は、補償されていない短レーザパルスの列２の繰り返し周波数から導出することができる（代替的に、短レーザパルスの補償列１７からの導出も、可能である）。このために、ビーム分割ミラー２７は、短レーザパルスの列２の光の部分を外へ結合し、更なる感光性検出器２８にそれを向けるビーム・パスに提供される。この更なる感光性検出器２８は、実際に、テラヘルツ領域で電界レンジングの発振を解決することができない。しかし、モード結合レーザの繰り返し周波数ｆｒｅｐ、すなわち短レーザパルスの列２の個々のパルスを検出することが、更なる感光性検出器２８を用いて可能である。繰り返し周波数を表している繰り返し信号２９は、分割ユニット３０を介して、オフセット周波数信号２４に変換することができる。分割ユニット３０は、繰り返し周波数のどんな合理的な分割でも、繰り返し周波数ｆｒｅｐに関する周波数を安定化させられた方法で実行することができる。
【００４４】
音響光学周波数シフタ１３での短レーザパルスの列２の回折の間に、特に、個々のレーザパルスが、短レーザパルスの列２において、１００ｆｓより小さいパルス幅を有する場合には、分散的な群遅延効果が生起することができる。それらにプレ補償するために、補償ユニット３１が、図６の中で図式的に示される。そのようにする際に、短レーザパルスの非補償列２は、第１に、ビーム・パスから外へ連結され、プリズム３２、３３の構成の上に伝導され、リフレクタ３４のプリズム３３、３２により反射される。簡略して図示される補償ユニット３１において、一連のプリズムを代表する２つのプリズム３２、３３が示される。別法として、一連の格子やチャープトミラー、または、プリズムや格子やチャープトミラーの組合せを、使用することができる。これらは、ネガティブな群遅延散乱が、短レーザパルスの列２に与えられるように配置される。補償ユニット３１から発散している短レーザパルスの列２’が、したがって、音響光学周波数シフタ１３上で影響を及ぼす前に、音響光学周波数シフタ１３で生起する正の群遅延散乱が、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数に関して補償される第１の回折次数１４で発散している短レーザパルスの補償列１７が、自己参照型周波数コムを発生するデバイス１によって群遅延散乱に関してネガティブに影響されないという結果となるように、群遅延散乱に関してプレ補償される。これは、パルスの時間的延長が起こらないことを意味する。当業者にとって、この実施形態において、０番目の次数は、群遅延散乱に関しても補償されるという結果となる。
【００４５】
他の実施形態において、群遅延散乱に関する補償は、また、第１の及び／又は０番目の回折次数における、音響光学周波数シフタからの発散の後に、実行することができる。そのような補償ユニットが、図６のものと類似して構築される。
【００４６】
補償ユニット３１または音響光学周波数シフタの後に配置される１つあるいは複数のアナログ補償ユニットは、図１、２、４、５において図示される実施形態のいずれかに加えられるかもしれないことは、事実である。補償ユニット３１は、他の実施形態において、単に、簡略化と明確さだけの理由で、図示されなかった。図３ａと図３ｂに関係して記述される空間チャープに関する補償も、同様である。
【００４７】
図示した実施例は、図式的に示されているだけである。好適な実施形態は、ファイバ光学的に設計される。これは、個々のコンポーネントは、主にファイバ光学的に設計され、ファイバ光学構造に組み継ぐことができることを意味する。これは、例えば、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット８、音響光学周波数シフタ１３、オフセット周波数を導出するためのユニットなど、短レーザパルスの列２の繰り返し周波数、または音響光学周波数シフタにおける群遅延散乱に補償するための補償ユニット３１から生じる範囲で、個々の図示したユニットに関するものである。
【００４８】
図において、自己参照型周波数コムを発生するデバイス１が、モード結合レーザ３とは別に設計される自己内蔵型デバイスとして記述された。当業者は、モード結合レーザ３が、特に、ファイバ光学構成の場合、デバイスに統合することができることを理解する。特に、そのような実施形態において、レーザ３は、望ましくは、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数に関して補償を実行する音響光学周波数シフタ１３のミッドバンド周波数に粗くそれぞれモード結合したレーザの共振器において、簡略化上の理由で、散乱適合手段３’とここで呼ばれる１つあるいは複数の分散素子を通して構成されるか、構成されることができるように設計される。散乱適合手段３’は、たとえば、特定の楔型プリズムにおいて、プリズムを備えることができる。別法として、音響光学周波数シフタ１３は、レーザ３のキャリア・エンベロープ・オフセット周波数に対応して適しているように選択することができる。しかしながら、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、モード結合レーザの共振器における光学要素に影響する複数の周囲条件の影響に依存するので、それぞれのモード結合レーザにおけるキャリア・エンベロープ・オフセット周波数の粗い適合を実行するが好適である。この適合は、しかしながら、制御された方法、または連続制御を介してでは実行されない。しかし、一度だけ、または、より大きな時間間隔における、環境条件のより強い変化の場合に必要である。
【００４９】
キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、望ましくは、
【数２】
に対応するように、選択される。これは、ビート信号としてのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、信頼性をもって、生起するミラー周波数および、ビート信号で生起する他の周波数から区別できる、あるいは、それぞれ識別できる。そして、単純な高周波フィルタによって絶縁されることを確実にする。
【００５０】
本願発明の特定の長所は、共振器の機構部品またはレーザーアクティブ・メディアのポンピング性能に影響する制御は必要でないことにある。むしろ、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆＣＥＯに関する補償は、（上記のように、音響光学周波数シフタの周波数へのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数の粗い適合を除いて）モード結合レーザの動作にかかわりなく、別に、完全に実行される。これは、自己参照型周波数コムを提供する全てのデバイスのより単純な、よりコスト効率的な構成を可能にする。特定の利点は、さらに、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、多くのアプリケーションのために必要であるか、少なくとも有利である、ゼロまで補償することができることにある。
【００５１】
光学構造のいくつかの特定の詳細が言及されなかったことが理解されるべきである。しかしながら、それは、当業者にとっては、通常、よく知っていることである。これらは、デバイスの個々のユニットにおいて最適ビーム制御を可能にするために、ミラー、半波長プレート、偏光フィルタ、その他を備えることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
短時間等間隔レーザパルスの補償列（１７）を発生する方法であって、該補償列の周波数コムが、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数（ｆＣＥＯ）が所定の値に調整される等距離の個別ラインを備え、
該方法が、
短時間等間隔レーザパルスの非補償列（２）を受信するステップと、
短い等間隔レーザパルスの非補償列（２）の前記周波数コムにおいて個別ラインの前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数（ｆＣＥＯ）に対応する周波数を有するＣＥＯ信号（９）を決定するステップと、
ＣＥＯ信号（９）から導出された制御信号（１２）で音響光学周波数シフタ（１３）を制御するステップと、
前記音響光学周波数シフタ（１３）上に短パルスの前記非補償列（２）を導くステップと、を、
第１の回折次数において、前記制御信号の周波数（ｆｓ）によって関係する周波数コムの個別ラインが、シフトされる時間的等間隔短レーザパルスの補償列（１７）が発生されるように含む、方法。
【請求項２】
増幅された前記ＣＥＯ信号（９）は、制御信号（１２）として使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＣＥＯ信号（９）を決定するために、短い光パルスの非補償列（２）の部分が、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計（５）に伝導されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＣＥＯ信号（９）は、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計（５）のビート信号（６）から導出されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ＣＥＯ信号（９）を導出することは、前記ビート信号（６）の周波数フィルタリングを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ビート信号（６）に位相ロックされたように結合される発振器、特に、電圧制御発振器（２１）、の信号または、フィルタ処理されたビート信号（６’）は、ＣＥＯ信号（９）として使用されることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記制御信号（１２）は、前記ＣＥＯ信号（９）のオフセット周波数を含むオフセット周波数信号（２４）の周波数混成によって発生されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記オフセット周波数信号（２４）は、特に、感光性検出器で（２８）発生した繰り返し信号（２９）が電子周波数分割を受ける場合に、短レーザパルスの前記列（２）の電子的に変換された信号から導出されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
短レーザパルスの前記非補償列（１２）および／または、前記第１の回折次数および／または、前記音響光学周波数シフタの０番目の回折次数が、一連のプリズム（３２、３３）および／または、ネガティブな群遅延散乱を与える格子および／またはチャープトミラーの上に導かれ、前記音響光学周波数シフタ（１３）の群遅延散乱を補償するように音響光学周波数シフタ（１３）の群遅延散乱に適していることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも、前記音響光学周波数シフタ（１３）から第１の回折次数（１４）にいて発散する短パルスの前記補償列（１７）が、前記音響光学周波数シフタ（１３）において、前記波長依存回折による空間チャープを補償するように、１つあるいは複数の角度分散素子、例えば、プリズム（２０）、の上に導かれることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
音響光学周波数シフタ（１３）のミッドバンド周波数及び時間的等間隔短レーザパルスの前記非補償列（２）の前記周波数コムの前記個別ラインのＣＥＯ周波数（ｆＣＥＯ）の粗い適合が、特に、時間的等間隔短レーザパルスの前記非補償列（２）を発生しているレーザ（３）の共振器における散乱適合によって実行されることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザ（３）の前記ＣＥＯ周波数（ｆＣＥＯ）が、（（２ｎ＋１）／４）・ｆｒｅｐに概略的に調整され、ｎ＝０、１、２、…であり、ｆｒｅｐはレーザパルスの繰り返し周波数である、ことを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、値ゼロに調整されることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
時間的等間隔短レーザパルスの補償列（１７）を発生するデバイス（１）であって、
該補償列の周波数コムが、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、短い時間的等間隔のレーザパルスの非補償列（２）から、所定の値に調整される等距離の個別ラインを備え、
該デバイスが、
短レーザパルスの前記非補償列（２）の前記周波数コムの個別ラインの前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数（ｆＣＥＯ）に対応する周波数を有する電子ＣＥＯ信号（９）を発生するためのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット（８）と、
キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット（８）に連結し、ＣＥＯ信号（９）から制御信号（１２）を導出する制御ユニット（１０）と、
短レーザパルスの前記非補償列（２）の前記ビーム・パスに構成され、制御信号（１２）によって制御され、第１の回折次数（１４）において、関係する周波数コムの前記個別ラインが制御信号（１２）の周波数（ｆｓ）によってシフトされる時間的等間隔短レーザパルスの前記補償列（１７）が発散するように、線形周波数シフタとして動作するように構成された、音響光学周波数シフタ（１３）と、
を備える、デバイス。
【請求項１５】
前記制御ユニット（１０）が、出力信号が制御信号（１２）として用いられる増幅器（１１）を備えることを特徴とする、請求項１４に記載のデバイス（１）。
【請求項１６】
前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット（８）が、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計（５）及びＣＥＯ信号（９）が導出されるビート信号（６）を受信している感光性検出器（５’）を備えることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載のデバイス（１）。
【請求項１７】
前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット（８）が、前記ビート信号（６）をフィルタ処理し、ＣＥＯ信号（９）が導出されるフィルタ処理されたビート信号（６’）を発生する高周波フィルタ（７）を備えることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス（１）。
【請求項１８】
前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット（８）が、発振器（２１）、特に、出力信号がＣＥＯ信号（９）として用いられる電圧制御発振器を備え、前記発振器（２１）が、結合回路を介して、ビート信号（６）またはフィルタ処理されたビート信号（６’）に位相ロックされたように結合されることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載のデバイス（１）。
【請求項１９】
制御ユニット（１０）は、オフセット周波数信号（２４）を受信するように設計され、前記ＣＥＯ信号（９）でオフセット周波数信号（２４）の周波数混成によって、制御信号（１２）を発生する周波数混合ユニット（２５）を備えることを特徴とする、請求項１４ないし１８のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【請求項２０】
更なる感光性検出器（２８）が、短レーザパルスの前記列（２）、短レーザパルスの繰り返し周波数（ｆｒｅｐ）を表す電子繰り返し信号（２９）、及び、電子繰り返し信号（２９）の分割によって前記オフセット周波数信号（２４）を導出する分割ユニット（３０）から発生するように、提供されることを特徴とする、請求項１９に記載のデバイス（１）。
【請求項２１】
プリズム（３２、３３）および／または、格子やチャープトミラーの１つあるいは複数のシーケンスが、短レーザパルスおよび／または、前記第１の回折次数、および／または、音響光学周波数シフタ（１３）の０番目の回折次数の前記非補償列（２）の前記ビーム・パスに、音響光学周波数シフタ（１３）の群遅延散乱に適しているネガティブな群遅延散乱が、短レーザパルス、および／または、前記第１の回折次数、および／または、０番目の回折次数の非補償列（２）に、前記音響光学周波数シフタ（１３）の群遅延散乱を補償するように、与えるように構成されることを特徴とする、請求項１４ないし２０のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【請求項２２】
少なくとも１つの角度分散素子、例えば、補償プリズム（２０）、が、少なくとも、第１の回折次数（１４）において発散する時間的等間隔短レーザパルスの前記補償列（１７）が、前記音響光学周波数シフタ（１３）の前記波長依存回折による空間チャープに補償するために角度分散素子を通して導かれるように、前記音響光学周波数シフタ（１３）に相対して構成されることを特徴とする、請求項１４ないし２１のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【請求項２３】
モード結合レーザ（３）が時間的等間隔短レーザパルスの前記非補償列（２）を発生し、該レーザ（３）は、少なくとも１つの散乱適合デバイス（３’）を、非制御状態で粗く前記音響光学周波数シフタ（１３）のミッドバンド周波数へ、時間的等間隔短レーザパルスの前記非補償列（２）の前記周波数コムの前記個別ラインの前記ＣＥＯ周波数（ｆＣＥＯ）を適応させるように、備えることを特徴とする、請求項１４ないし２２のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【請求項２４】
時間的等間隔短レーザパルスの前記非補償列（２）の前記周波数コムの前記個別ラインの前記ＣＥＯ周波数（ｆＣＥＯ）が、前記音響光学周波数シフタ（１４）のミッドバンド周波数により周波数シフトを実行することができる前記音響光学周波数シフタ（１３）のバンド幅の５０％未満でミッドバンド周波数から逸れることを特徴とする、請求項１４ないし２３のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【請求項２５】
時間的等間隔短レーザパルスの前記補償列（１７）の周波数コムの前記等距離の個別ラインの前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、値ゼロにセットされるように、前記制御信号（１２）が導出されることを特徴とする、請求項１４ないし２４のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【請求項１】
短時間等間隔レーザパルスの補償列（１７）を発生する方法であって、該補償列の周波数コムが、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数（ｆＣＥＯ）が所定の値に調整される等距離の個別ラインを備え、
該方法が、
短時間等間隔レーザパルスの非補償列（２）を受信するステップと、
短い等間隔レーザパルスの非補償列（２）の前記周波数コムにおいて個別ラインの前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数（ｆＣＥＯ）に対応する周波数を有するＣＥＯ信号（９）を決定するステップと、
ＣＥＯ信号（９）から導出された制御信号（１２）で音響光学周波数シフタ（１３）を制御するステップと、
前記音響光学周波数シフタ（１３）上に短パルスの前記非補償列（２）を導くステップと、を、
第１の回折次数において、前記制御信号の周波数（ｆｓ）によって関係する周波数コムの個別ラインが、シフトされる時間的等間隔短レーザパルスの補償列（１７）が発生されるように含む、方法。
【請求項２】
増幅された前記ＣＥＯ信号（９）は、制御信号（１２）として使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＣＥＯ信号（９）を決定するために、短い光パルスの非補償列（２）の部分が、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計（５）に伝導されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＣＥＯ信号（９）は、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計（５）のビート信号（６）から導出されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ＣＥＯ信号（９）を導出することは、前記ビート信号（６）の周波数フィルタリングを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ビート信号（６）に位相ロックされたように結合される発振器、特に、電圧制御発振器（２１）、の信号または、フィルタ処理されたビート信号（６’）は、ＣＥＯ信号（９）として使用されることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記制御信号（１２）は、前記ＣＥＯ信号（９）のオフセット周波数を含むオフセット周波数信号（２４）の周波数混成によって発生されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記オフセット周波数信号（２４）は、特に、感光性検出器で（２８）発生した繰り返し信号（２９）が電子周波数分割を受ける場合に、短レーザパルスの前記列（２）の電子的に変換された信号から導出されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
短レーザパルスの前記非補償列（１２）および／または、前記第１の回折次数および／または、前記音響光学周波数シフタの０番目の回折次数が、一連のプリズム（３２、３３）および／または、ネガティブな群遅延散乱を与える格子および／またはチャープトミラーの上に導かれ、前記音響光学周波数シフタ（１３）の群遅延散乱を補償するように音響光学周波数シフタ（１３）の群遅延散乱に適していることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも、前記音響光学周波数シフタ（１３）から第１の回折次数（１４）にいて発散する短パルスの前記補償列（１７）が、前記音響光学周波数シフタ（１３）において、前記波長依存回折による空間チャープを補償するように、１つあるいは複数の角度分散素子、例えば、プリズム（２０）、の上に導かれることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
音響光学周波数シフタ（１３）のミッドバンド周波数及び時間的等間隔短レーザパルスの前記非補償列（２）の前記周波数コムの前記個別ラインのＣＥＯ周波数（ｆＣＥＯ）の粗い適合が、特に、時間的等間隔短レーザパルスの前記非補償列（２）を発生しているレーザ（３）の共振器における散乱適合によって実行されることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザ（３）の前記ＣＥＯ周波数（ｆＣＥＯ）が、（（２ｎ＋１）／４）・ｆｒｅｐに概略的に調整され、ｎ＝０、１、２、…であり、ｆｒｅｐはレーザパルスの繰り返し周波数である、ことを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数は、値ゼロに調整されることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
時間的等間隔短レーザパルスの補償列（１７）を発生するデバイス（１）であって、
該補償列の周波数コムが、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、短い時間的等間隔のレーザパルスの非補償列（２）から、所定の値に調整される等距離の個別ラインを備え、
該デバイスが、
短レーザパルスの前記非補償列（２）の前記周波数コムの個別ラインの前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数（ｆＣＥＯ）に対応する周波数を有する電子ＣＥＯ信号（９）を発生するためのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット（８）と、
キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット（８）に連結し、ＣＥＯ信号（９）から制御信号（１２）を導出する制御ユニット（１０）と、
短レーザパルスの前記非補償列（２）の前記ビーム・パスに構成され、制御信号（１２）によって制御され、第１の回折次数（１４）において、関係する周波数コムの前記個別ラインが制御信号（１２）の周波数（ｆｓ）によってシフトされる時間的等間隔短レーザパルスの前記補償列（１７）が発散するように、線形周波数シフタとして動作するように構成された、音響光学周波数シフタ（１３）と、
を備える、デバイス。
【請求項１５】
前記制御ユニット（１０）が、出力信号が制御信号（１２）として用いられる増幅器（１１）を備えることを特徴とする、請求項１４に記載のデバイス（１）。
【請求項１６】
前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット（８）が、ｆ−ｔｏ−２ｆ干渉計（５）及びＣＥＯ信号（９）が導出されるビート信号（６）を受信している感光性検出器（５’）を備えることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載のデバイス（１）。
【請求項１７】
前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット（８）が、前記ビート信号（６）をフィルタ処理し、ＣＥＯ信号（９）が導出されるフィルタ処理されたビート信号（６’）を発生する高周波フィルタ（７）を備えることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス（１）。
【請求項１８】
前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数決定ユニット（８）が、発振器（２１）、特に、出力信号がＣＥＯ信号（９）として用いられる電圧制御発振器を備え、前記発振器（２１）が、結合回路を介して、ビート信号（６）またはフィルタ処理されたビート信号（６’）に位相ロックされたように結合されることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載のデバイス（１）。
【請求項１９】
制御ユニット（１０）は、オフセット周波数信号（２４）を受信するように設計され、前記ＣＥＯ信号（９）でオフセット周波数信号（２４）の周波数混成によって、制御信号（１２）を発生する周波数混合ユニット（２５）を備えることを特徴とする、請求項１４ないし１８のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【請求項２０】
更なる感光性検出器（２８）が、短レーザパルスの前記列（２）、短レーザパルスの繰り返し周波数（ｆｒｅｐ）を表す電子繰り返し信号（２９）、及び、電子繰り返し信号（２９）の分割によって前記オフセット周波数信号（２４）を導出する分割ユニット（３０）から発生するように、提供されることを特徴とする、請求項１９に記載のデバイス（１）。
【請求項２１】
プリズム（３２、３３）および／または、格子やチャープトミラーの１つあるいは複数のシーケンスが、短レーザパルスおよび／または、前記第１の回折次数、および／または、音響光学周波数シフタ（１３）の０番目の回折次数の前記非補償列（２）の前記ビーム・パスに、音響光学周波数シフタ（１３）の群遅延散乱に適しているネガティブな群遅延散乱が、短レーザパルス、および／または、前記第１の回折次数、および／または、０番目の回折次数の非補償列（２）に、前記音響光学周波数シフタ（１３）の群遅延散乱を補償するように、与えるように構成されることを特徴とする、請求項１４ないし２０のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【請求項２２】
少なくとも１つの角度分散素子、例えば、補償プリズム（２０）、が、少なくとも、第１の回折次数（１４）において発散する時間的等間隔短レーザパルスの前記補償列（１７）が、前記音響光学周波数シフタ（１３）の前記波長依存回折による空間チャープに補償するために角度分散素子を通して導かれるように、前記音響光学周波数シフタ（１３）に相対して構成されることを特徴とする、請求項１４ないし２１のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【請求項２３】
モード結合レーザ（３）が時間的等間隔短レーザパルスの前記非補償列（２）を発生し、該レーザ（３）は、少なくとも１つの散乱適合デバイス（３’）を、非制御状態で粗く前記音響光学周波数シフタ（１３）のミッドバンド周波数へ、時間的等間隔短レーザパルスの前記非補償列（２）の前記周波数コムの前記個別ラインの前記ＣＥＯ周波数（ｆＣＥＯ）を適応させるように、備えることを特徴とする、請求項１４ないし２２のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【請求項２４】
時間的等間隔短レーザパルスの前記非補償列（２）の前記周波数コムの前記個別ラインの前記ＣＥＯ周波数（ｆＣＥＯ）が、前記音響光学周波数シフタ（１４）のミッドバンド周波数により周波数シフトを実行することができる前記音響光学周波数シフタ（１３）のバンド幅の５０％未満でミッドバンド周波数から逸れることを特徴とする、請求項１４ないし２３のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【請求項２５】
時間的等間隔短レーザパルスの前記補償列（１７）の周波数コムの前記等距離の個別ラインの前記キャリア・エンベロープ・オフセット周波数が、値ゼロにセットされるように、前記制御信号（１２）が導出されることを特徴とする、請求項１４ないし２４のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１２−５１０６４５（Ｐ２０１２−５１０６４５Ａ）
【公表日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３８７９１（Ｐ２０１１−５３８７９１）
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＴ２００９／０００４６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６３０５１
【国際公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（５００２３３２７８）フェムトレーザース プロドゥクシオンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (8)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＴ２００９／０００４６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６３０５１
【国際公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（５００２３３２７８）フェムトレーザース プロドゥクシオンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (8)
【Ｆターム（参考）】
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