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公開番号2024128346
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-24
出願番号2023037273
出願日2023-03-10
発明の名称エルミートガウスパルス光源
出願人国立大学法人東北大学
代理人個人
主分類G02F 1/01 20060101AFI20240913BHJP(光学)
要約【課題】高出力で高品質なエルミートガウスパルスをレーザで直接生成することができるエルミートガウスパルス光源を提供する。
【解決手段】レーザ共振器内に、振幅特性と位相特性を任意に設定可能な光フィルタを挿入し、出力したい光パルスの形状に応じて光フィルタの振幅・位相特性ならびに光変調器の変調度を設定することにより、任意の次数のエルミートガウスパルスを発生する。
【選択図】図3

特許請求の範囲【請求項１】
レーザ共振器内に光位相変調器、光増幅器、光フィルタを備えるFMモード同期レーザにおいて、
前記光フィルタはその振幅および位相特性が可変であり、
出力したい次数のエルミートガウス関数に応じて前記光フィルタの振幅および位相特性を設定することにより、任意の次数のエルミートガウスパルスを発生することを
特徴とするエルミートガウスパルス光源。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記光位相変調器において、変調器を繰り返し角周波数Ω
m
の正弦波で駆動し、
前記光フィルタにおいて、その振幅および位相特性が、前記光位相変調器の変調度、および出力したい前記エルミートガウスパルスのスペクトルA(ω)、ならびにA(ω)をΩ
m
の整数倍だけ正負にシフトした関数A(ω-nΩ
m
)、A(ω+nΩ
m
)（n:整数）から成ることを
特徴とする請求項１記載のエルミートガウスパルス光源。
【請求項３】
前記光位相変調器において、前記変調度は、前記繰り返し角周波数Ω
m
および出力したいパルス幅に対し、前記エルミートガウスパルスの次数に基づいて設定することを特徴とする請求項２記載のエルミートガウスパルス光源。
【請求項４】
前記光位相変調器は、前記パルス幅と、前記変調度との関係で安定な発振の得られる条件の安定領域を決定した２次元マップを有し、前記光位相変調器は、前記２次元マップの安定領域に基づいて前記変調度が設定されることを特徴とする請求項３記載のエルミートガウスパルス光源。
【請求項５】
前記光フィルタにおいて、その振幅および位相をCW（Continuous Wave：連続波）オフセット量に応じた特性に設定することにより、所望のCWオフセットを有するダークおよびブライトエルミートガウスパルスを発生することを特徴とする請求項１記載のエルミートガウスパルス光源。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パルスの振幅がエルミートガウス関数で与えられるエルミートガウスパルスを発生可能なエルミートガウスパルス光源に関するものである。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
超短光パルス光源は、光通信、光標準・計測、光信号処理などの幅広い用途に用いられている。中でも強制（能動）モード同期レーザは、ピコ～サブピコ秒の光パルスを数十GHz程度の高い繰り返し周波数で生成することが出来ることから、超高速光通信・計測用光源として特に有用である。
【０００３】
モード同期レーザから発生するパルス形状は、一般にガウス関数となることが知られている（例えば、非特許文献１，２参照）。ガウス関数は、式（１）で与えられる。ここで、Aは振幅、Tはパルス幅(1/e幅)を表す。
TIFF
2024128346000002.tif
16
166
【０００４】
ガウス関数は、エルミートガウス関数と呼ばれる関数の中で最も次数の低い関数として知られている。一般にm次のエルミートガウス関数a
HGm
(t)は、式（２）で与えられる。Tはパルス幅を表すパラメータである。ここで、H
m
(t)はエルミート関数と呼ばれる関数であり、mが偶数次の場合は式（３）、mが奇数次の場合は式（４）で定義される。
【０００５】
TIFF
2024128346000003.tif
80
164
【０００６】
具体的にm=0～6の場合は、式（５－１）～式（５－７）となる。
TIFF
2024128346000004.tif
77
164
【０００７】
また、エルミートガウス関数のフーリエ変換Ａ
HGm
(ω)は、式（６）で与えられる。
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2024128346000005.tif
22
162
【０００８】
具体的にm=0～6の場合は、式（７－１）～式（７－７）となる。
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2024128346000006.tif
80
166
【０００９】
図１にm = 0～2の場合、図２にm = 3~5の場合のa
HGm
(t)および A
HGm
(ω)の形状を示す。これらの図に示すように、時間波形は、mが奇数のときは奇関数、偶数のときは偶関数となっている。スペクトルは、時間波形と同じ形状を有しており、次数の増大とともに符号が反転し且つ実部と虚部とが入れ替わっている。具体的には、mが奇数のときは虚部のみを有する奇関数、偶数のときは実部のみを有する偶関数となっている。
【００１０】
エルミートガウス関数は、量子力学における調和振動子に対するシュレディンガー方程式の高次固有解や、光共振器における高次ビームの固有解（エルミートガウスビーム）等、科学、工学の分野で広く知られた関数である。また、式（７－１）～（７－７）で示したように、フーリエ変換しても図１、２に示すように、同じ次数の時間軸、周波数軸での形が変わらない(点対称、又は、線対称すれば、同じ形になる)ことや、次数の異なるエルミートガウス関数の間で直交関係を有すること、すなわち式（８）を満たすなど、興味深い性質を有している。もしこのようなエルミートガウス関数をパルス形状として有する光パルス（以下、エルミートガウスパルスと呼ぶ）を発生することが出来れば、これらの特徴を活かした新たな通信・計測・信号処理技術を創出できるものと期待される。
（【００１１】以降は省略されています）

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