JP5844694B2 - Terahertz wave generator - Google Patents
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Description
本発明は、テラヘルツ波発生装置に関し、具体的には、分光分析装置、透視装置等に利用されるテラヘルツ波発生装置に関する。 The present invention relates to a terahertz wave generation device, and more particularly to a terahertz wave generation device used for a spectroscopic analysis device, a fluoroscopic device, and the like.
従来の、Erドープガラスファイバーモード同期レーザー10と、レンズ12と、非線形光学結晶DAST14とを用いた1.5-7.0THzの周波数域におけるテラヘルツ波発生装置は、パルス幅70-100fs程度の極短パルス光を非線形光学結晶DAST14に照射し、光整流効果、すなわち光パルスの持つ波長帯域内の異なる2波長間の差周波発生によって、テラヘルツ波を生成することが出来る(図1を参照)。
The conventional terahertz wave generator in the 1.5-7.0 THz frequency range using the Er-doped glass fiber mode-locked
厚さ0.36mmの非線形光学結晶DASTを用いたテラヘルツ波発生装置の例が実際に報告されているが(非特許文献1、非特許文献2を参照)、この例では、比較的薄い非線形光学結晶DASTを使用しているため、高強度のテラヘルツ波が得にくいという問題があった。 An example of a terahertz wave generator using a non-linear optical crystal DAST having a thickness of 0.36 mm has actually been reported (see Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2). In this example, a relatively thin non-linear optical crystal is used. Since DAST is used, there is a problem that it is difficult to obtain a high-intensity terahertz wave.
なお、この装置による方法では、一般的に良く使用されている固体レーザー励起のTiサファイアレーザーではなく、半導体レーザー励起のErドープガラスファイバーモード同期レーザーを用いるため、安価にテラヘルツ光源を構成することが可能である。 In this method, a terahertz light source can be constructed at low cost because a semiconductor laser-excited Er-doped glass fiber mode-locked laser is used instead of the commonly used solid-laser-excited Ti sapphire laser. Is possible.
テラヘルツ波の発生強度を高めるには、厚い非線形光学結晶DASTを用いることが望ましく、具体的には、厚さ0.5mm以上の非線形光学結晶DASTを用いることが望ましい。 In order to increase the generation intensity of the terahertz wave, it is desirable to use a thick nonlinear optical crystal DAST. Specifically, it is desirable to use a nonlinear optical crystal DAST having a thickness of 0.5 mm or more.
しかしながら、たとえ厚さ0.5mm以上の非線形光学結晶DASTを用いた場合であっても、図1に示すように、Erドープガラスファイバーモード同期レーザー10が発生する極短パルス光の中心波長は1.55μmで固定されるため、3THz付近、4-5THz付近、及び6-7THz付近においてテラヘルツ波発生の位相整合を十分に取ることが出来ない(非特許文献3を参照)。従って、これらの周波数域のテラヘルツ波出力パワーが、完全な位相整合によって得られる出力に及ばないという課題があった。なお、この課題を解決するに当たって装置価格の上昇を避けることは非常に重要である。
However, even when the nonlinear optical crystal DAST having a thickness of 0.5 mm or more is used, as shown in FIG. 1, the center wavelength of the ultrashort pulse light generated by the Er-doped glass fiber mode-locked
本発明は、パルス光発生装置と、パルス光発生装置から発生したパルス光が照射される非線形結晶DASTとから構成されたテラヘルツ波発生装置であって、パルス光発生装置は、出力側から順に、出力鏡と、Cr4+:YAG単結晶ファイバー導波路と、第1の球面鏡と、分散補償のための石英ガラスロッドと、第2の球面鏡と、光路切り替えミラーとから構成され、光路切り替えミラーは、第1の光路または第2の光路のいずれかに光を伝播させるために、電気信号により切り替え可能であることを特徴とする。 The present invention is a terahertz wave generator composed of a pulsed light generator and a nonlinear crystal DAST irradiated with pulsed light generated from the pulsed light generator, wherein the pulsed light generator is in order from the output side, It consists of an output mirror, a Cr 4+ : YAG single crystal fiber waveguide, a first spherical mirror, a quartz glass rod for dispersion compensation, a second spherical mirror, and an optical path switching mirror. In order to propagate light in either the first optical path or the second optical path, switching is possible by an electric signal.
本発明の一実施形態は、第1の球面鏡の前段に、励起光源の半導体レーザーを更に備えたことを特徴とする。 One embodiment of the present invention is characterized in that a semiconductor laser as an excitation light source is further provided in front of the first spherical mirror.
本発明の一実施形態において、パルス光発生装置は、第1の光路には第1の半導体可飽和吸収体ミラーが配置され、第1の半導体可飽和吸収体ミラーは、1.45乃至1.65μmを超える範囲の可飽和吸収波長域を持ち、1.45乃至1.65μmの範囲で高い反射率を持っており、第2の光路には、分散補償ミラー及び第2の半導体可飽和吸収体ミラーが配置され、第2の半導体可飽和吸収体ミラーは、1.30乃至1.50μmを超える範囲の可飽和吸収波長域を持ち、1.30乃至1.50μmの範囲で高い反射率を持っており、1.47乃至1.57μmの範囲の1値及び1.35乃至1.45μmの範囲の1値を中心波長(平均波長)とする光パルスを発生するよう調整されていることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, in the pulsed light generator, the first semiconductor saturable absorber mirror is disposed in the first optical path, and the first semiconductor saturable absorber mirror exceeds 1.45 to 1.65 μm. A saturable absorption wavelength range, a high reflectance in the range of 1.45 to 1.65 μm, a dispersion compensating mirror and a second semiconductor saturable absorber mirror are disposed in the second optical path, The semiconductor saturable absorber mirror No. 2 has a saturable absorption wavelength range exceeding 1.30 to 1.50 μm, a high reflectance in the range of 1.30 to 1.50 μm, and a single value in the range of 1.47 to 1.57 μm. And an optical pulse having a central wavelength (average wavelength) in the range of 1.35 to 1.45 μm.
本発明は、極短パルスレーザー光を非線形光学結晶DASTに照射してテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生装置に関する。 The present invention relates to a terahertz wave generator that generates terahertz waves by irradiating a nonlinear optical crystal DAST with an ultrashort pulse laser beam.
本発明に係るテラヘルツ波発生装置では、Cr4+:YAG単結晶ファイバーを増幅媒体として使用し、パルスの中心波長(平均波長)が1.47-1.57μm間にある1波長と、パルスの中心波長(平均波長)が1.35-1.45μm間にある1波長との計2波長の光を可変に出力出来る極短パルスレーザーを用いる。かかる構成により、高出力のテラヘルツ波発生を可能にする厚さ0.5mm以上の非線形光学結晶DASTを介して、周波数1.5-7.0THzに亘って位相整合について改善すべき余地のない強度のテラヘルツ波を出力することが出来る。 In the terahertz wave generator according to the present invention, a Cr 4+ : YAG single crystal fiber is used as an amplifying medium, and a pulse center wavelength (average wavelength) is between 1.47-1.57 μm and a pulse center wavelength ( An ultrashort pulse laser that can variably output a total of two wavelengths of light, one with an average wavelength between 1.35-1.45 μm. With such a configuration, a terahertz wave having an intensity that has no room for improvement in phase matching over a frequency range of 1.5 to 7.0 THz through a nonlinear optical crystal DAST having a thickness of 0.5 mm or more that enables generation of a high-power terahertz wave. Can be output.
光整流効果、すなわち光パルスの持つ波長帯域内の異なる2波長間の差周波発生によって、テラヘルツ波が生成される。本発明に係るテラヘルツ波発生装置において、周波数1.5-2.5THzにおいて高出力のテラヘルツ波を発生させる場合は、中心波長(平均波長)が1.47-1.57μm間の1波長の極短パルス光を非線形光学結晶DASTに照射し、周波数2.5-7.0THzにおいて高出力のテラヘルツ波を発生させる場合は、中心波長(平均波長)が1.35-1.45μm間の1波長の極短パルス光を非線形光学結晶DASTに照射することにより、1.5-7.0THzに亘って位相整合を十分に取ることが出来る(非特許文献3を参照)。 A terahertz wave is generated by the optical rectification effect, that is, the difference frequency generation between two different wavelengths within the wavelength band of the optical pulse. In the terahertz wave generator according to the present invention, when generating a high-power terahertz wave at a frequency of 1.5 to 2.5 THz, a nonlinear optical signal is used for an ultrashort pulse light having a single wavelength between 1.47-1.57 μm in the center wavelength (average wavelength). When irradiating a crystal DAST and generating a high-power terahertz wave at a frequency of 2.5-7.0 THz, irradiates the nonlinear optical crystal DAST with one short-wavelength light with a center wavelength (average wavelength) of 1.35-1.45 μm. By doing so, phase matching can be sufficiently obtained over 1.5 to 7.0 THz (see Non-Patent Document 3).
また、本発明に係るテラヘルツ波発生装置は、半導体レーザーが直接励起可能なCr4+:YAG単結晶ファイバーから構成されるので、安価に構成することが可能である。 Further, since the terahertz wave generating apparatus according to the present invention is composed of a Cr 4+ : YAG single crystal fiber that can directly excite a semiconductor laser, it can be constructed at low cost.
本発明は、パルス光を非線形光学結晶DASTに照射してテラヘルツ波を発生させる装置である。ここで、本発明は、DASTに照射するパルス光を発生させる装置として、パルスの中心波長(平均波長)が1.47-1.57μm間にある1波長のパルス光と、パルスの中心波長(平均波長)が1.35-1.45μm間にある1波長のパルス光とを発生させることができ、この2種類のパルス光を切り替えて発生させることが可能な光源を使用する。 The present invention is an apparatus for generating terahertz waves by irradiating a nonlinear optical crystal DAST with pulsed light. Here, the present invention is an apparatus for generating pulsed light for irradiating DAST. One pulsed light having a pulse center wavelength (average wavelength) of 1.47-1.57 μm and the center wavelength (average wavelength) of the pulse. Is used, and a light source capable of switching and generating these two types of pulsed light is used.
具体的には、パルス光を発生させる装置は、レーザー共振器として、Cr4+:YAG単結晶(更に具体的には、Cr4+:YAG単結晶ファイバー)と、分散補償媒体(具体的には石英ガラスロッドと分散補償ミラー)と、可飽和吸収体(具体的には半導体可飽和吸収体ミラー)とが配置された装置である。パルス光発生装置は、光路切り替えミラーを更に備え、光路切り替えミラーによって中心波長(平均波長)を選択可能ならしめる。パルス光発生装置は、Cr4+:YAGパルスレーザー(更に具体的には、Cr4+:YAG単結晶ファイバーパルスレーザー)である。 Specifically, an apparatus for generating pulsed light includes a Cr 4+ : YAG single crystal (more specifically, a Cr 4+ : YAG single crystal fiber) and a dispersion compensation medium (specifically, a laser resonator). Is a device in which a quartz glass rod and a dispersion compensating mirror) and a saturable absorber (specifically, a semiconductor saturable absorber mirror) are arranged. The pulsed light generator further includes an optical path switching mirror, and the center wavelength (average wavelength) can be selected by the optical path switching mirror. The pulsed light generator is a Cr 4+ : YAG pulse laser (more specifically, a Cr 4+ : YAG single crystal fiber pulse laser).
パルスレーザーとして用いるCr4+:YAG単結晶ファイバーパルスレーザーは、モード同期レーザーであり、従来技術に係るErドープガラスファイバーモード同期レーザーと同様に半導体レーザーで直接励起する構成を持つ。Cr4+:YAG単結晶ファイバーモード同期レーザーは構成する部品が廉価であり、Erドープガラスファイバーモード同期レーザーと比較しても価格面に遜色がない。 A Cr 4+ : YAG single crystal fiber pulsed laser used as a pulsed laser is a mode-locked laser and has a configuration that is directly pumped by a semiconductor laser in the same manner as an Er-doped glass fiber mode-locked laser according to the prior art. Cr 4+ : YAG single crystal fiber mode-locked lasers are inexpensive, and the price is comparable to Er-doped glass fiber mode-locked lasers.
Cr4+:YAG単結晶ファイバーモード同期レーザーの発振パルス幅は50fs以下とすることが可能であり、周波数7.0THzまでのテラヘルツ波発生に十分な周波数帯域を備えている。 The oscillation pulse width of the Cr 4+ : YAG single crystal fiber mode-locked laser can be 50 fs or less, and has a sufficient frequency band for generating terahertz waves up to a frequency of 7.0 THz.
1.5-7.0THzのテラヘルツ波周波数域で完全な位相整合を得るために、Cr4+:YAG単結晶ファイバーモード同期レーザーは、出力する極短パルスの中心波長(平均波長)が例えば1.55μmと1.40μmという2値で可変となるように設計される。 In order to obtain perfect phase matching in the 1.5-7.0 THz frequency range, the Cr 4+ : YAG single crystal fiber mode-locked laser has a center wavelength (average wavelength) of the output ultrashort pulse of, for example, 1.55 μm and 1.40. It is designed to be variable with a binary value of μm.
Cr4+:YAG単結晶ファイバーモード同期レーザーは、単結晶ファイバー導波路と空間光学系とから構成された外部共振器型であり、その空間光学系の光路途中に光路切り替えミラーが設置される。切り替えミラーからの一方の光路に中心波長(平均波長)1.55μmで極短パルスを発生させるための可飽和吸収体ミラーが配置される。切り替えミラーからの他方の光路に中心波長(平均波長)1.40μmの極短パルスを発生させるための分散補償ミラーと可飽和吸収体ミラーとが配置される。切り替えミラーは、必要に応じて電気信号により切り替えられる。 The Cr 4+ : YAG single crystal fiber mode-locked laser is an external resonator type composed of a single crystal fiber waveguide and a spatial optical system, and an optical path switching mirror is installed in the optical path of the spatial optical system. A saturable absorber mirror for generating an ultrashort pulse with a center wavelength (average wavelength) of 1.55 μm is disposed in one optical path from the switching mirror. A dispersion compensating mirror and a saturable absorber mirror for generating an extremely short pulse having a center wavelength (average wavelength) of 1.40 μm are disposed in the other optical path from the switching mirror. The switching mirror is switched by an electrical signal as necessary.
テラヘルツ波の周波数1.5-2.5THzにおいて高い出力を発生させる場合は、中心波長(平均波長)が1.55μmである極短パルスを非線形光学結晶DASTに照射する。テラヘルツ波の周波数2.5-7.0THzにおいて高い出力を発生させる場合は、中心波長(平均波長)が1.40μmである極短パルスを非線形光学結晶DASTに照射する。これらの中心波長に関する設定は、位相整合データより妥当性を確認することが出来る(非特許文献3を参照)。 When a high output is generated at a terahertz wave frequency of 1.5 to 2.5 THz, the nonlinear optical crystal DAST is irradiated with an extremely short pulse having a center wavelength (average wavelength) of 1.55 μm. When a high output is generated at a terahertz wave frequency of 2.5-7.0 THz, the nonlinear optical crystal DAST is irradiated with an extremely short pulse having a center wavelength (average wavelength) of 1.40 μm. The validity of these settings regarding the center wavelength can be confirmed from the phase matching data (see Non-Patent Document 3).
上記のような構造を持つ本発明に係るテラヘルツ波発生装置では、3.0THz付近、4.0-5.0THz付近、及び6.0-7.0THz付近を含む、1.5-7.0THzに亘る周波数域において完全な位相整合でテラヘルツ波を発生させることが出来る。そのため、本発明により、従来技術に係る中心波長が1.55μm固定の極短パルスレーザーからの出力パルスを非線形光学結晶DASTに照射する構成を持つテラヘルツ波発生装置において課題であった、厚さ0.5mm以上の非線形光学結晶DASTを使用した際に、完全な位相整合により発生されるべきテラヘルツ波の出力パワーが得られないという問題を解決することが出来る。 In the terahertz wave generator according to the present invention having the structure as described above, perfect phase matching is achieved in a frequency range from 1.5 to 7.0 THz, including around 3.0 THz, around 4.0 to 5.0 THz, and around 6.0 to 7.0 THz. Terahertz waves can be generated. Therefore, according to the present invention, a thickness of 0.5 mm, which was a problem in a terahertz wave generator having a configuration in which the nonlinear optical crystal DAST is irradiated with an output pulse from an ultrashort pulse laser with a center wavelength fixed to 1.55 μm according to the prior art, When the above nonlinear optical crystal DAST is used, the problem that the output power of the terahertz wave that should be generated by perfect phase matching cannot be obtained can be solved.
本実施例に係るテラヘルツ波発生装置は、パルス光発生装置と、パルス光発生装置から発生したパルス光が照射される非線形結晶DASTとから構成される。パルス光発生装置は、Cr4+:YAG単結晶ファイバーを増幅媒体とした、半導体レーザーで直接励起するモード同期レーザーである。モード同期レーザーの出力パルスを非線形結晶DASTに照射して、周波数1.5-7.0THzのテラヘルツ波を発生させる。 The terahertz wave generator according to the present embodiment includes a pulsed light generator and a nonlinear crystal DAST irradiated with pulsed light generated from the pulsed light generator. The pulsed light generator is a mode-locked laser that is directly pumped by a semiconductor laser using a Cr 4+ : YAG single crystal fiber as an amplification medium. The mode-locked laser output pulse is applied to the nonlinear crystal DAST to generate a terahertz wave with a frequency of 1.5-7.0 THz.
以下に本実施例の特徴(1)〜(4)を列挙する。 The features (1) to (4) of this embodiment are listed below.
(1)共振器内に切り替えミラーにより別れる2つの光路を持つ。一方の光路には、1.55μmを中心波長(平均波長)とする極短パルスを発生させるように、半導体可飽和吸収体ミラーが配置される。他方の光路には、1.40μmを中心波長(平均波長)とする極短パルスを発生させるように、分散補償ミラーや半導体可飽和吸収体ミラーが配置される。 (1) The resonator has two optical paths separated by a switching mirror. In one optical path, a semiconductor saturable absorber mirror is disposed so as to generate an extremely short pulse having a central wavelength (average wavelength) of 1.55 μm. In the other optical path, a dispersion compensating mirror and a semiconductor saturable absorber mirror are arranged so as to generate an ultrashort pulse having a center wavelength (average wavelength) of 1.40 μm.
(2)切り替えミラーは、電気信号による自動切り替え機能を持つ。 (2) The switching mirror has an automatic switching function using an electrical signal.
(3)本実施例では、パルス光発生装置は、Cr4+:YAG単結晶ファイバーモード同期レーザーであって、Cr4+:YAG単結晶ファイバーを増幅媒体に用いる。従って、半導体レーザーで直接励起する構成が可能であり、従来技術に係るErドープガラスファイバーモード同期レーザーを用いた場合と同程度に廉価である。 (3) In this embodiment, the pulsed light generator is a Cr 4+ : YAG single crystal fiber mode-locked laser, and uses a Cr 4+ : YAG single crystal fiber as an amplification medium. Therefore, a configuration in which the semiconductor laser can be directly excited is possible, and the cost is as low as when the Er-doped glass fiber mode-locked laser according to the prior art is used.
(4)本実施例に係るテラヘルツ波発生装置を利用して、テラヘルツ波の周波数1.5-2.5THzにおいて高い出力を発生させる場合は、中心波長(平均波長)1.55μmの極短パルス光を非線形結晶DASTに照射し、周波数2.5-7.0THzにおいて高い出力を発生させる場合は、中心波長(平均波長)1.40μmの極短パルス光を非線形結晶DASTに照射する。本実施例に係るテラヘルツ波発生装置により、1.5-7.0THzに亘り位相整合が十分に取れ、位相整合について改善すべき余地のない強度のテラヘルツ波を出力することが出来る。 (4) When the terahertz wave generator according to this embodiment is used to generate a high output at a terahertz wave frequency of 1.5 to 2.5 THz, an ultrashort pulse light having a center wavelength (average wavelength) of 1.55 μm is used as a nonlinear crystal. When irradiating the DAST and generating a high output at a frequency of 2.5-7.0 THz, the nonlinear crystal DAST is irradiated with an ultrashort pulse light having a center wavelength (average wavelength) of 1.40 μm. With the terahertz wave generating apparatus according to the present embodiment, phase matching can be sufficiently obtained over 1.5 to 7.0 THz, and a terahertz wave having an intensity with no room for improvement in phase matching can be output.
図2に、本実施例に係るパルス光発生装置、すなわち、半導体レーザー36で直接励起する構造を持つCr4+:YAG単結晶ファイバーモード同期レーザーの構成を示す。
FIG. 2 shows a configuration of a pulsed light generator according to the present embodiment, that is, a Cr 4+ : YAG single crystal fiber mode-locked laser having a structure that is directly excited by the
図2に示すように、本実施例に係るパルス光発生装置は、出力側より順に、出力鏡20と、Cr4+:YAG単結晶ファイバー導波路22と、第1の球面鏡24と、分散補償のための石英ガラスロッド26と、第2の球面鏡28と続き、光路切り替えミラー30に至る構造を持つ(Cr4+:YAG単結晶ファイバー導波路に関して、非特許文献4を参照)。
As shown in FIG. 2, the pulsed light generator according to this embodiment includes, in order from the output side, an
出力鏡20の反射率は、発振波長において99%である。
The reflectivity of the
第1の球面鏡24の反射率は、発振波長において99.9%以上であり、第1の球面鏡24の透過率は、励起波長において95%以上である。
The reflectance of the first
石英ガラスロッド26は、両端において発振光がブリュースター角で入射又は出射するように配置される。
The
第2の球面鏡28の反射率は、発振波長において99.9%以上である。
The reflectance of the second
光路切り替えミラー30は、波長1.30-1.50μmにおいて99.9%以上の反射率を有する。中心波長(平均波長)1.55μmのパルス光を発生させる場合は光を反射することなくそのまま透過させ、第1の光路へ導く。中心波長(平均波長)1.40μmのパルス光を発生させる場合は光を反射して第2の光路へ導く。光路切り替えミラー30の切り替えは電気信号により自動的に行われる。
The optical
透過側、すなわち第1の光路には、第1の半導体可飽和吸収体ミラー32が配置される。半導体可飽和吸収体ミラーの動作波長域について、半導体可飽和吸収体ミラーは広い可飽和吸収波長域を持つ。半導体可飽和吸収体ミラーが持つ広い可飽和吸収波長域は、本発明で発生・使用される光パルスの持つ波長域を大きく上回る。可飽和吸収の値は、波長により少しずつ変化する。
A first semiconductor
第1の半導体可飽和吸収体ミラー32は、波長1.45-1.65μmで98%以上という高い反射率を持ち、波長1.45-1.65μmを超える範囲の可飽和吸収波長域を持ち、その値は1.55μmにおいて反射率変化1%である(引用文献5を参照)。第1の半導体可飽和吸収体ミラー32により共振器内の発振光が折り返される。
The first semiconductor
反射側、すなわち第2の光路には、分散補償ミラー34が2枚と、第2の半導体可飽和吸収体ミラー36とが配置される。2枚の分散補償ミラー34の各々において片道2回ずつ反射されるように、分散補償ミラー34及び第2の半導体可飽和吸収体ミラー36が配置される。光路切り替えミラー30で反射された光は、2枚の分散補償ミラー34で計4回反射された後、第2の半導体可飽和吸収体ミラー36で折り返される。第2の半導体可飽和吸収体ミラー36は、波長1.30-1.50μmで98%以上という高い反射率を持ち、波長1.30-1.50μmを超える範囲の可飽和吸収波長域を持ち、その値は1.40μmにおいて反射率変化1%である。
Two
第1の球面鏡24の外側から、半導体レーザー38(波長0.9-1.1μm、出力10W以上)出力の励起光をレンズ(図示せず)によりCr4+:YAG単結晶ファイバー導波路22の端部へ集光する。本実施例では、直径約120μmの単結晶ファイバーを使用した。Cr4+:YAG単結晶ファイバー導波路22は、側面にSiO2クラッドを持つので、励起光が拡散的な高出力半導体レーザー光であってもファイバー内に閉じ込めることが出来る(非特許文献4を参照)。
From the outside of the first
極短パルス光を発生させる際には共振器内光路における群遅延分散の補正が重要である。長さ40mmのCr4+:YAG単結晶ファイバー導波路を使用する場合、波長1.55μmにおいて+400fs2、波長1.40μmにおいて+1900fs2の群遅延分散が生じる。パルス幅50fs程度の極短パルス発生に必要な群遅延分散量は-2300fs2程度である(非特許文献5を参照)。そのため、分散補償媒体(石英ガラスロッド26、分散補償ミラー34等)には波長1.55μmでおおむね-2700fs2、波長1.40μmでおおむね-4200fs2の分散補償が求められる。
When generating ultrashort pulse light, it is important to correct the group delay dispersion in the optical path in the resonator. When a Cr 4+ : YAG single crystal fiber waveguide having a length of 40 mm is used, a group delay dispersion of +400 fs 2 at a wavelength of 1.55 μm and +1900 fs 2 at a wavelength of 1.40 μm occurs. The amount of group delay dispersion required for generating an extremely short pulse with a pulse width of about 50 fs is about −2300 fs 2 (see Non-Patent Document 5). Therefore, generally -2700Fs 2, is generally dispersion compensation -4200Fs 2 at a wavelength of 1.40μm is determined at a wavelength of 1.55μm for the dispersion compensation medium (
石英ガラスロッド26の長さを48.4mmに設定すると、波長1.55μmにおいて-2700fs2、波長1.40μmにおいて-1130fs2の群遅延分散が得られる。中心波長(平均波長)1.40μmのパルスを発生する第2の光路に、波長1.40μmにおいておおむね-380fs2の分散補償を得る分散補償ミラー34を2枚配置し、往復計8回反射させることにより、第1の光路及び第2の光路の両方において、極短パルス発生に必要な群遅延分散が得られる。
Setting the length of the
上で説明した本実施例に係るパルス光発生装置(具体的には、中心波長可変なCr4+:YAG単結晶ファイバーモード同期レーザー)40の出力光を、厚さ1.0mmの非線形結晶DAST14にレンズ12により集光することで、テラヘルツ波を発生させた(図3を参照)。
The output light of the pulsed light generator (specifically, a Cr 4+ : YAG single crystal fiber mode-locked laser with a variable center wavelength) 40 according to the present embodiment described above is applied to a
テラヘルツ波の周波数1.5-2.5THzにおいて高い出力が必要な場合は、切り替えミラーを制御して、光が透過側(第1の光路)を伝播するようにし、中心波長(平均波長)が1.55μm、パルス幅が50fs程度の極短パルス光を発生させて、非線形結晶DAST14に照射する。周波数2.5-7THzにおいて高い出力を発生させる場合は、切り替えミラーを制御して、光が反射側(第2の光路)を伝播するようにし、中心波長(平均波長)が1.40μm、パルス幅が50fs程度の極短パルス光を発生させて、非線形結晶DAST14に照射する。 When high output is required at terahertz wave frequency 1.5-2.5THz, the switching mirror is controlled so that light propagates through the transmission side (first optical path), and the center wavelength (average wavelength) is 1.55μm, Ultrashort pulse light having a pulse width of about 50 fs is generated and irradiated to the nonlinear crystal DAST14. When generating a high output at a frequency of 2.5-7 THz, the switching mirror is controlled so that the light propagates on the reflection side (second optical path), the center wavelength (average wavelength) is 1.40 μm, and the pulse width is 50 fs. An extremely short pulse light of a certain degree is generated and irradiated to the nonlinear crystal DAST14.
以上のようなテラヘルツ波発生装置により1.5-7THzに亘って光整流効果の位相整合が十分に取れ、改善すべき余地のない強度のテラヘルツ波を出力することが出来る。 With the terahertz wave generator as described above, the phase matching of the optical rectification effect can be sufficiently obtained over 1.5-7 THz, and a terahertz wave having an intensity that cannot be improved can be output.
10 Erドープガラスファイバーモード同期レーザー
12 レンズ
14 非線形光学結晶DAST
20 出力鏡
22 Cr4+:YAG単結晶ファイバー導波路
24 第1の球面鏡
26 石英ガラスロッド
28 第2の球面鏡
30 光路切り替えミラー
32 第1の半導体可飽和吸収体ミラー
34 分散補償ミラー
36 第2の半導体可飽和吸収体ミラー
38 半導体レーザー
40 中心波長可変なCr4+:YAG単結晶ファイバーモード同期レーザー
10 Er-doped glass fiber mode-locked
20
Claims (2)
パルス光発生装置から発生したパルス光が照射される非線形結晶DASTと
から構成されたテラヘルツ波発生装置であって、
前記パルス光発生装置は、出力側から順に、
出力鏡と、
Cr4+:YAG単結晶ファイバー導波路と、
第1の球面鏡と、
分散補償のための石英ガラスロッドと、
第2の球面鏡と、
光路切り替えミラーと
から構成され、
前記光路切り替えミラーは、第1の光路または第2の光路のいずれかに光を伝播させるために、電気信号により切り替え可能であり、
前記第1の光路には、第1の半導体可飽和吸収体ミラーが配置され、前記第1の半導体可飽和吸収体ミラーは、1.45乃至1.65μmを超える範囲の可飽和吸収波長域を持ち、1.45乃至1.65μmの範囲で高い反射率を持っており、
前記第2の光路には、分散補償ミラー及び第2の半導体可飽和吸収体ミラーが配置され、前記第2の半導体可飽和吸収体ミラーは、1.30乃至1.50μmを超える範囲の可飽和吸収波長域を持ち、1.30乃至1.50μmの範囲で高い反射率を持っており、
前記パルス光発生装置は、1.47乃至1.57μmの範囲の1値及び1.35乃至1.45μmの範囲の1値を中心波長(平均波長)とする光パルスを発生する
よう調整されていることを特徴とする、テラヘルツ波発生装置。 A pulsed light generator;
A terahertz wave generator composed of a nonlinear crystal DAST irradiated with pulsed light generated from a pulsed light generator,
The pulsed light generator is in order from the output side,
An output mirror;
Cr 4+ : YAG single crystal fiber waveguide,
A first spherical mirror;
A quartz glass rod for dispersion compensation;
A second spherical mirror;
It consists of an optical path switching mirror,
The optical path switching mirror, in order to propagate the light to either the first optical path or the second optical path, Ri switchable der by an electric signal,
A first semiconductor saturable absorber mirror is disposed in the first optical path, and the first semiconductor saturable absorber mirror has a saturable absorption wavelength region in a range exceeding 1.45 to 1.65 μm, and is 1.45. High reflectivity in the range of ~ 1.65μm,
A dispersion compensation mirror and a second semiconductor saturable absorber mirror are disposed in the second optical path, and the second semiconductor saturable absorber mirror has a saturable absorption wavelength range in a range exceeding 1.30 to 1.50 μm. And has a high reflectance in the range of 1.30 to 1.50 μm,
The pulsed light generator generates an optical pulse having a central wavelength (average wavelength) of one value in the range of 1.47 to 1.57 μm and one value in the range of 1.35 to 1.45 μm.
The terahertz wave generator is characterized by being adjusted as described above .
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