專利名稱：脈沖激光裝置、太赫茲測量裝置和太赫茲層析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用光纖的超短脈沖激光裝置，并涉及使用從超短脈 沖激光裝置發(fā)射的激光束作為激勵光源的太赫茲測量裝置。
背景技術(shù)：
最近，已開發(fā)了使用范圍從毫米波到太赫茲(THz)波的電磁波 (30GHz到30THz;以下簡稱為"THz"波)的無損感測技術(shù)。作為 這種頻帶中的電磁波的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，已開發(fā)了實(shí)現(xiàn)安全的透視裝置 替代X射線熒光鏡的成像技術(shù)。作為其它的應(yīng)用領(lǐng)域，還開發(fā)了測量 物質(zhì)內(nèi)的吸收鐠和復(fù)介電常數(shù)以檢查耦合狀態(tài)等的譜分析技術(shù) (spectroscopic technique )、分析生物分子的才支術(shù)和評價(jià)載流子濃度 和遷移率的技術(shù)。
鑒于在工廠的生產(chǎn)線中無損地執(zhí)行質(zhì)量檢查的重要性，例如，還
研究了對于檢查成型品中的缺陷和/或外來物和檢查化學(xué)物質(zhì)中的成 分、外來物和/或缺陷等的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，可通過利用THz波 的透射率取得層析圖像?；瘜W(xué)物質(zhì)包含例如諸如顏料和染料的墨水、 調(diào)色劑、藥品、化妝品和涂料。作為檢查裝置的例子，日本專利公開 (PCT申請的翻譯)No. 2006-526774公開了通過使用THz-TDS (時(shí) 域譜分析)應(yīng)用于藥品的檢查的裝置。通過該公開的裝置，可基于THz 波區(qū)域中的鐠信息分析例如藥品內(nèi)的材料的種類。
在THz-TDS中，如日本專利公開(PCT申請的翻譯)No. 2006-526774公開的那樣，需要用于產(chǎn)生和檢測THz波的激勵光源， 該激勵光源具有約100飛秒(fs)或更小的脈沖寬度。優(yōu)選使用利用 鈦-藍(lán)寶石晶體的脈沖激光器作為激勵光源。
這種使用固態(tài)晶體的激光器在增加輸出方面是有利的，但是它在
5輸出穩(wěn)定性和生產(chǎn)率方面是不令人滿意的。并且，該激光器是十分昂 貴的。因此，作為實(shí)際的光源，研究了光纖激光器的使用。
光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)在于，可以使用非常穩(wěn)定的光纖放大器作為增 益介質(zhì)，并且，由于不必構(gòu)建空間光學(xué)系統(tǒng)，因此尺寸可減小。另夕卜， 由于需要調(diào)整光軸的部分的數(shù)量大大減少，因此穩(wěn)定性可增加，并且， 由于生產(chǎn)率增加，因此成本可降低。
用于THz-TDS的激勵光源需要具有不小于幾十mW、希望不小 于100mW的平均光學(xué)輸出。難以僅僅通過使用光纖振蕩器來構(gòu)建具 有這種高輸出和超短脈沖的光纖激光器。因此，通常通過將發(fā)射種子 光(seed light)的振蕩器的輸出連接到外部光纖放大器和外部光纖壓 縮器，實(shí)現(xiàn)這種類型的光纖激光器。作為現(xiàn)有技術(shù)的例子，日本專利 No. 2711778說明了在通過具有正常色散的摻雜稀土的光纖放大器放 大種子光之后，通過使用異常色散光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償，縮短脈沖的裝 置。此外，日本專利No. 3811564說明了在基于利用拉曼孤子壓縮的 非線性效應(yīng)縮短脈沖的同時(shí)，通過具有異常色散的摻雜稀土的光纖放 大器，放大種子光的裝置。
但是，不能說當(dāng)前使用的光纖激光器具有足以增加THz波的輸出 并加寬傅立葉頻帶以提高THz-TDS測量裝置的分析能力的輸出。換 句話說，當(dāng)THz鐠帶被擴(kuò)展為10THz或更大時(shí)，作為光學(xué)域中的激 光脈沖的寬度，需要約10fs的超短脈沖。但是，到目前為止，難以實(shí) 現(xiàn)具有不小于100mW的輸出并輸出這種超短脈沖的光纖激光器。
利用在上面引用的日本專利No. 2711778中說明的裝置，當(dāng)放大 的脈沖具有大的峰值時(shí)，用作色散補(bǔ)償光纖的異常色散光纖由于非線 性效應(yīng)會使脈沖波長畸變，由此導(dǎo)致相位噪聲和拉曼散射。換句話說， 在實(shí)際的THz-TDS的激勵光源中存在進(jìn)一步改進(jìn)的余地。為了這種 改進(jìn)，如在上面引用的日本專利No. 2711778中說明的那樣，通過用 衰減器抑制光學(xué)輸出，或者通過使用摻雜氟化Er的光纖以提供更大 的正常色散來增加啁啾(chirp)量，降低脈沖的峰值。這是由于不被 氟化的普通石英光纖在色散偏移量方面有限制。但是，當(dāng)使用氟化光纖時(shí)，在穩(wěn)定地使這些光纖相互熔合以在它們之間進(jìn)行耦合方面出現(xiàn) 困難。這種困難抵消了光纖激光器特有的減少空間點(diǎn)、降低成本并增 加穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。
另一方面，在上面引用的日本專利No. 3811564中說明的裝置在 相對容易實(shí)現(xiàn)的異常色散區(qū)域中使用摻雜鉺的光纖放大器作為石英光 纖，并且利用拉曼孤子非線性壓縮。但是，根據(jù)這種配置，隨著輸出 增加，基于拉曼偏移的波長偏移增加，并且變得更加難以抑制依賴于 時(shí)間的波形中的旁瓣，即基座(pedestal)。當(dāng)通過使用光電導(dǎo)器件或 非線性晶體產(chǎn)生THz波時(shí)，從設(shè)計(jì)值出現(xiàn)中心波長的偏移導(dǎo)致降低轉(zhuǎn) 換效率的問題，并且，由于因基座的存在產(chǎn)生的THz波，導(dǎo)致對于使 用TDS的測量不希望有的噪聲。
這些問題的一種可構(gòu)想的解決方案是，通過使用普通石英光纖提 供小的正常色散并在下游級中執(zhí)行壓縮。但是，當(dāng)增加啁啾量時(shí)，即， 當(dāng)增加光纖長度時(shí)，為了克服在上面引用的日本專利No. 2711778中 說明的裝置的問題，啁啾的光的能量擴(kuò)展達(dá)到零色散波長區(qū)域，由此 導(dǎo)致不希望的非線性效應(yīng)，即四波混合。此外，當(dāng)光學(xué)輸出增加時(shí)， 在更長的波長側(cè)出現(xiàn)引起的拉曼散射。結(jié)果，在壓縮之后的依賴于時(shí) 間的波形中產(chǎn)生基座。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供產(chǎn)生低的基座或減小的基座的 脈沖激光裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，提供一種脈沖激光裝置，該脈 沖激光器包括被配置為產(chǎn)生激光束的脈沖的激光器、光纖放大器和 脈沖壓縮器，其中，光纖放大器包含在從激光器產(chǎn)生的激光束的波長 處表現(xiàn)出正常色散的摻雜稀土的光纖，并且，脈沖激光裝置還包括被 配置為在光纖放大器中已被啁啾的激光束的波長譜內(nèi)對于與摻雜稀土
區(qū)域中的能量部分給予損失的單元，根據(jù)本發(fā)明的另 一示例性實(shí)施例，提供一種太赫茲脈沖產(chǎn)生裝置， 該太赫茲脈沖產(chǎn)生裝置包括光電導(dǎo)器件或非線性晶體，和上述的脈沖 激光裝置，其中，通過將來自脈沖激光裝置的激光束照射到光電導(dǎo)器 件或非線性晶體，產(chǎn)生太赫茲脈沖。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，提供一種太赫茲測量裝置，包
括上述的脈沖激光裝置；和被配置為將脈沖激光裝置的光學(xué)輸出分 成兩個(gè)部分的分支單元，其中，光學(xué)輸出的一部分被照射到第一光電 導(dǎo)器件或第一非線性晶體以產(chǎn)生太赫茲脈沖，并且，光學(xué)輸出的另一 部分被照射到第二光電導(dǎo)器件或第二非線性晶體，以使得第二光電導(dǎo) 器件或第二非線性晶體作為檢測器運(yùn)行，由此根據(jù)泵浦-探測測量執(zhí)行 太赫茲時(shí)域i普分析。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，提供一種太赫茲層析裝置，其 中，通過用上述太赫茲測量裝置測量來自分析物的反射脈沖，獲得分 析物的內(nèi)部層析圖像數(shù)據(jù)，并且，基于獲得的數(shù)據(jù)，內(nèi)部層析圖像被 輸出到輸出單元。
根據(jù)本發(fā)明的另 一示例性實(shí)施例，提供一種使用脈沖激光裝置的 方法，其中該方法包括將來自脈沖激光裝置的激光束照射到光電導(dǎo)器 件或非線性晶體，以產(chǎn)生太赫茲脈沖。
通過根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的脈沖激光裝置，產(chǎn)生的激光束 具有20fs或更小的脈沖寬度和200mW或更大的平均輸出，并且，可 實(shí)現(xiàn)在脈沖的依賴于時(shí)間的波形中具有低的基座的激光束的脈沖。此 外，通過使用根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的脈沖激光裝置作為光源， 可提供令人滿意的太赫茲測量裝置。
從參照附圖的示例性實(shí)施例的以下說明，本發(fā)明的其它特征將變 得明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的脈沖激光裝置的框圖。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的脈沖激光裝置，特別是示
8出光纖放大器的詳細(xì)配置。
圖3是表示光纖放大器的色散狀態(tài)的曲線圖。 圖4A和圖4B分別是示出光纖放大器的濾波器功能的曲線圖和示 意圖。
圖5是表示本發(fā)明的示例性實(shí)施例中的脈沖激光輸出的例子的曲 線圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第 一示例性實(shí)施例的太赫茲TDS測量裝 置的配置的示圖。
圖7是表示本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例中的脈沖激光輸出的二次 諧波的曲線圖。
圖8A和圖8B分別是表示用根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的太 赫茲TDS測量裝置而獲得的信號的曲線圖。
圖9A是用于解釋用根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的太赫茲 TDS測量裝置而獲得的層析圖像的的曲線圖，圖9B和圖9C是用于解 釋用根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的太赫茲TDS測量裝置而獲得 的層析圖像的的圖像。
圖IO示出根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的光纖放大器。
圖11示出根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的脈沖激光裝置，特別 是光纖放大器的配置。
圖12是表示在本發(fā)明的第四示例性實(shí)施例中使用的W型光纖的
折射率輪廓的曲線圖。
圖13是用于解釋本發(fā)明的第四示例性實(shí)施例中的彎曲效應(yīng)的曲線圖。
圖14示出在本發(fā)明的第五示例性實(shí)施例中使用的光電導(dǎo)器件。
圖15是表示本發(fā)明的第五示例性實(shí)施例中的信號的FFT (快速 傅立葉變換)諳的曲線圖。
圖16是表示本發(fā)明的第五示例性實(shí)施例中的信號的依賴于時(shí)間 的波形的曲線圖。
圖17A和圖17B示出反射的回波脈沖的例子。圖18示出層析圖像的例子。
圖19是表示用于估計(jì)厚度分辨率的測量結(jié)果的曲線圖。 圖20是表示在本發(fā)明的第六示例性實(shí)施例中使用的光纖激光器 的依賴于時(shí)間的波形的曲線圖。
圖21示出根據(jù)本發(fā)明的第六示例性實(shí)施例的TDS測量裝置的配置。
具體實(shí)施例方式
如圖l所示，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的脈沖激光裝置包括激 光單元(種子光脈沖發(fā)生器)1、光纖放大器2和脈沖壓縮器3。
光纖放大器2由在從激光單元l發(fā)射的激光束的波長處表現(xiàn)出正 常色散的摻雜稀土的光纖構(gòu)成。
脈沖激光裝置還包括用于在光纖放大器2中已被啁啾的激光束的
量部分給予損失的單元。
作為替代方案，脈沖激光裝置還包括用于對于比零色散波長更長 的波長區(qū)域中的能量部分給予損失的單元。
當(dāng)然，脈沖激光裝置可包括用于對于零色散波長區(qū)域和比零色散 波長更長的波長區(qū)域中的能量部分給予損失的單元。
這種配置可對于等于或長于零色散波長的波長區(qū)域中的能量部分 給予損失，或者可截?cái)噙@些能量部分。因此，當(dāng)在脈沖壓縮器3中執(zhí) 行色散補(bǔ)償時(shí)，可以以使得減少基座或抑制基座的出現(xiàn)的狀態(tài)獲得光 脈沖。
用于對于等于或長于零色散波長的波長區(qū)域中的激光束的能量部 分給予損失的單元的例子是波長濾波器。作為替代方案，可通過至少 在摻雜稀土的光纖的一部分中形成彎曲部分以在等于或長于零色散波 長的波長區(qū)域中產(chǎn)生泄漏損失，設(shè)置損失給予單元。作為替代方案， 還可通過構(gòu)建摻雜稀土的光纖的至少一部分作為具有W狀斷面折射 率輪廓的光纖，實(shí)現(xiàn)損失給予單元。
10損失給予單元用于通過對于等于或長于零色散波長的波長區(qū)域中 的激光束的能量部分給予損失，抑制在激光束經(jīng)過摻雜稀土的光纖傳 播的過程中出現(xiàn)的高階非線性效應(yīng)(諸如四波混合現(xiàn)象和引起的拉曼 散射)。
例如，從脈沖激光裝置產(chǎn)生的激光束希望被設(shè)置為具有20fsec或 更小的脈沖寬度以及200mW或更大的平均輸出。
作為另一希望的變型，可通過設(shè)置能夠在監(jiān)視波形的同時(shí)調(diào)整彎 曲部分的曲率的單元，使得上述的彎曲部分的曲率是可變的。
如后面在示例性實(shí)施例中說明的那樣，可通過使用上述的脈沖激
光裝置，產(chǎn)生太赫茲脈沖。具體而言，可通過制備光電導(dǎo)器件或非線 性晶體并將來自脈沖激光裝置的激光束照射到光電導(dǎo)器件或非線性晶
體，產(chǎn)生太赫茲脈沖?？梢砸赃@種方式提供太赫茲脈沖產(chǎn)生裝置。
并且，除了脈沖激光裝置以外，可制備分支部分。脈沖激光裝置 的光學(xué)輸出通過分支部分被分為兩個(gè)部分中。光學(xué)輸出的一部分被照 射到光電導(dǎo)器件或非線性晶體，以產(chǎn)生太赫茲脈沖。另一部分的光學(xué) 輸出被照射到第二光電導(dǎo)器件或第二非線性晶體上，使得第二光電導(dǎo) 器件或第二非線性晶體作為檢測器運(yùn)行，由此根據(jù)泵浦-探測測量執(zhí)行 太赫茲時(shí)域i脊分析?？梢砸赃@種方式提供太赫茲測量裝置。在該太赫 茲測量裝置中，可通過使從脈沖激光裝置輸出的激光束穿過高次諧波 發(fā)生器或通過使用已穿過高次諧波發(fā)生器的光，獲得被照射到第二光 電導(dǎo)器件或第二非線性晶體的光束。
并且，可通過用太赫茲測量裝置測量從分析物反射的脈沖以獲得 分析物的內(nèi)部斷面圖像數(shù)據(jù)，并通過基于獲得的數(shù)據(jù)將內(nèi)部斷面圖像 輸出到輸出單元，提供太赫茲層析裝置。
將參照附圖一一說明脈沖激光裝置、太赫茲脈沖產(chǎn)生裝置、太赫 茲測量裝置和太赫茲層析裝置。
首先說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的脈沖激光裝置。
圖l是示出脈沖激光裝置的一般配置的框圖。
種子光脈沖發(fā)生器1希望為通過使用光纖放大器以環(huán)的形式構(gòu)建的孤子激光器。也可使用另一類型的飛秒激光器。這里，使用具有
1558nm的振蕩波長、約40MHz的重復(fù)率、320ns的脈沖寬度和約4mW 的平均輸出的孤子激光器。
種子光脈沖發(fā)生器1的光學(xué)輸出通過與光纖熔接(fiber fusion) 或透鏡(未示出)耦合，被引導(dǎo)為進(jìn)入根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的 光纖放大器2。光纖放大器2的輸出被引入由光纖或空間系統(tǒng)構(gòu)建的 脈沖壓縮器3。脈沖壓縮器3使光纖放大器2的輸出成形并且輸出與 種子光脈沖相比具有更高的光學(xué)輸出和更窄的脈沖寬度的光脈沖。
以下將參照圖2和隨后的

脈沖激光裝置，特別是光纖放 大器的細(xì)節(jié)。圖2中的振蕩器4與圖1中的種子光發(fā)生器l對應(yīng)。為 了使振蕩器4的輸出經(jīng)由空間系統(tǒng)與光纖耦合，插入1/ 2波長板5以 調(diào)整偏振的方向。為了輸出的耦合，使用包含未示出的準(zhǔn)直透鏡(例 如，豬尾型)的偏振保持型的單模石英光纖(SMF) 6。此外，激光 脈沖經(jīng)由WDM (波分復(fù)用)耦合器7和偏振控制器8被傳播到摻雜 鉺(Er)的光纖(EDF) 9，并被摻雜鉺的光纖9放大。放大的激光 脈沖經(jīng)由另一 WDM耦合器10被輸出，并且經(jīng)由隔離器13與包含后 面說明的光纖14和15的脈沖壓縮器耦合。
分別用作激勵光源的具有高功率(400mW)的三個(gè)l.48-nm LD 12a到12c的輸出經(jīng)由WDM耦合器7和10 4皮注入摻雜鉺的光纖9。 LD 12b和12c的輸出在它們經(jīng)由偏振保持耦合器11相互耦合之后被 注入。
下面給出的表1列出這里使用的兩個(gè)光纖6和9的規(guī)則。在耦合
器部分等中使用的其它光纖也具有單模，但是各光纖的長度保持盡可 能地短(約幾厘米)。
表l
二階群速度色散|32模式 場直徑MFD非線性系數(shù)Y
SMF6-21.4ps2/km9.3jxm1.89W"km1
EDF96.44ps2/km8.0拜2.55W"km1
12由此，設(shè)置在輸入級中的單模光纖表現(xiàn)出異常色散，并具有以負(fù)
的色散使輸入脈沖啁啾(預(yù)啁啾(pre-chirp))的作用。另一方面， 摻雜鉺的光纖9表現(xiàn)出低的正常色散，并在執(zhí)行光學(xué)放大的同時(shí)導(dǎo)致 具有基于自相位調(diào)制(SPM)的正常色散的波長啁啾。這里，SMF 6 和EDF9的長度分別被設(shè)為4.5m和6m，但是它們的實(shí)際長度不限于 這些值。
調(diào)整偏振控制器8，使得光纖放大器的輸出被最大化?？梢詾榱?反饋控制監(jiān)視輸出的一部分以在任何時(shí)候保證穩(wěn)定的輸出。
以下將參照圖3說明光纖放大器在它執(zhí)行光學(xué)放大的波長區(qū)域中 的行為。
圖3是以迭加的方式表示光纖色散量對于波長的依賴性(由色散 曲線32表示)和光脈沖的i普強(qiáng)度的曲線圖。通過在石英光纖中導(dǎo)致色 散偏移以提供正常色散使得可以容易地在脈沖壓縮器中執(zhí)行色散補(bǔ) 償，形成在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中使用的摻雜鉺的光纖。從圖3可 以看出，摻雜鉺的光纖在入射脈沖30的光鐠的中心波長處表現(xiàn)出低的 正常色散。在放大之后，作為經(jīng)受功率增加和波長的啁啾的結(jié)果，入 射脈沖30變?yōu)榫哂杏?1表示的鐠的啁啾脈沖，使得光學(xué)能量擴(kuò)展到 光纖的零色散波長區(qū)域和異常色散區(qū)域(由陰影部分33表示)。由于 出現(xiàn)各種非線性效應(yīng)，因此這些區(qū)域中的光學(xué)能量以達(dá)到不被下游級 中的脈沖壓縮器充分補(bǔ)償?shù)某潭然蛞栽谝蕾囉跁r(shí)間的波形中產(chǎn)生基座 的程度，經(jīng)受波長轉(zhuǎn)換。
可通過有效去除在等于或長于零色散波長的波長上分布的光學(xué)能 量(即，圖3的曲線圖中的異常色散區(qū)域33)，避免這些問題。圖4A 和圖4B示出用于有效去除光學(xué)能量的示例性實(shí)施例。
如圖4B所示，依賴于光纖被纏繞在線軸40周圍時(shí)的曲率半徑R， 這里使用的摻雜鉺的光纖41表現(xiàn)出不同的較長波長處的傳播特性。原 因在于，光纖的彎曲改變較長波長側(cè)的全反射條件，并在光學(xué)能量可 傳播的波長上出現(xiàn)限制。圖4A示出這種限制。從圖4A可以看出，隨著曲率半徑R變小，如43c、 43b和43a所示，彎曲損失增加的波長 明顯地逐漸向較短波長側(cè)偏移。在圖4A中，附圖標(biāo)記42和44分別 表示異常色散區(qū)域和色散曲線。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，如43b 所示，摻雜鉺的光纖被纏繞的曲率半徑被調(diào)整為某值(例如，R-3.5cm),使得比零色散波長更長的波長區(qū)域中的光學(xué)能量不被泄漏以 從光纖被輸出。結(jié)果，可以防止不希望的非線性效應(yīng)，并且可產(chǎn)生在 壓縮之后具有較小的基座的超短脈沖。
在示例性實(shí)施例中，從光纖放大器獲得約400mW的光學(xué)輸出， 并且，在壓縮之后，在1558nm處獲得具有約200mW的輸出和17fs 的半值幅寬(見圖5)的光脈沖。通過大直徑光子晶體光纖14和高度 非線性光纖15的組合，構(gòu)建脈沖壓縮器3。
作為光纖參數(shù)，光子晶體光纖14具有-30.3psVkm的二階群速度 色散、26pm的模場直徑、0.182W"knT1的非線性系數(shù)和42cm的長度。 高度非線性光纖15具有-14.6psVkm的二階群速度色散、4.53W"knT1 的非線性系數(shù)和1.5cm的長度。脈沖壓縮器3的這種結(jié)構(gòu)僅是一個(gè)例 子。作為另一例子，可通過使用例如衍射光柵在空間上執(zhí)行色散補(bǔ)償。
雖然使用摻雜鉺的光纖作為光纖放大器的光纖，但也可使用摻雜 有諸如銩Tm或鐿Yb的其它稀土元素的光纖。
通過上述的結(jié)構(gòu)，光纖放大器用基于SPM的正常色散，執(zhí)行入 射光脈沖的波長啁啾和光學(xué)放大。此外，可通過利用光纖彎曲損失去 除等于或長于零色散波長的波長區(qū)域中的光學(xué)能量。因此，即使當(dāng)通 過使用脈沖壓縮器縮短脈沖時(shí)，也可獲得具有小的基座的20fs的光脈 沖。
除了上述的方法以外，例如，可通過使用可通過將折射率控制為 W狀輪廓來設(shè)置截止頻率的光纖，或者通過將波長濾波器插入輸出級 中，截?cái)噍^長波長側(cè)的光學(xué)能量。當(dāng)使用具有W狀折射率輪廓或波長 濾波器的光纖時(shí)，不總是需要控制光纖彎曲損失。
第一示例性實(shí)施例
可通過使用上述的超短脈沖激光器構(gòu)成THz TDS (時(shí)域譜分析)
14系統(tǒng)。圖6是示出使用根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的脈沖激光裝 置的太赫茲TDS測量裝置的配置的示圖。附圖標(biāo)記60表示根據(jù)本發(fā) 明的示例性實(shí)施例的包含光纖放大器的上述超短脈沖激光器的輸出光 束。輸出光束具有1558nm的波長、約200mW的光學(xué)輸出和17fs的 脈沖寬度。在圖6中，虛線表示激光束的傳播路徑，實(shí)線表示THz波 的傳播路徑。示出的根據(jù)第一示例性實(shí)施例的裝置可提供20fs或更小 的超短脈沖激光，該超短脈沖激光具有100mW或更大的高輸出和時(shí) 域中的較小基座，到目前為止，這在光脈沖放大部分中使用光纖放大 器的飛秒激光器中是難以實(shí)現(xiàn)的。
以下將參照圖6說明太赫茲TDS測量裝置的操作。激光脈沖輸出 60通過寬帶半反射鏡61被分為兩個(gè)光束。 一個(gè)光束經(jīng)由透鏡67a被 照射到光電導(dǎo)器件68上。透鏡67a可由拋物面反射鏡替代。但是，在 這種情況下，光學(xué)系統(tǒng)被稍微修改。光電導(dǎo)器件68使用在1550nm的 頻帶中具有吸收的InGaAs外延膜作為光電導(dǎo)膜。例如，通過將具有 lxl018cnT3的濃度的Be摻入在200°C下通過MBE (分子束外延)形 成的LT畫InGaAs (In的組分=0.53 )中，并在異地(ex-situ )在600°C 下在氫氣的氣氛中對其進(jìn)行退火，獲得光電導(dǎo)膜。通過經(jīng)由InP襯底 表面上的外延進(jìn)一步形成諸如偶極天線的電極，構(gòu)建光電導(dǎo)器件68。 由于InP村底對于1550nm的光是透明的，因此光束可被引導(dǎo)為從襯 底側(cè)進(jìn)入光電導(dǎo)器件68。這在減少由InP襯底內(nèi)的光子導(dǎo)致的THz 波的吸收方面是有效的。當(dāng)然，如在已知的GaAs類型中那樣，也可 構(gòu)建光電導(dǎo)器件，使得沿與膜垂直的方向向PIN結(jié)構(gòu)的形式的異質(zhì)結(jié) 構(gòu)施加電場。此外，作為光電導(dǎo)器件的替代，可以使用諸如DAST或 InAs的電子光學(xué)晶體。雖然在圖6中光束被引導(dǎo)為傾斜地進(jìn)入光電導(dǎo) 器件以控制產(chǎn)生的THz波的空間輻射圖案，但它也可被引導(dǎo)為垂直進(jìn) 入光電導(dǎo)器件。
添加到光電導(dǎo)器件68 (包含下面說明的另 一光電導(dǎo)器件69 )的半 球形結(jié)構(gòu)表示Si的半球面透鏡，并用于有效地將從光電導(dǎo)器件產(chǎn)生的 THz波照射到空間。產(chǎn)生的THz波通過拋物面反射鏡70a被準(zhǔn)直，并
15通過拋物面反射鏡70b會聚到要測量的分析物71的表面上。被分析物 71反射的THz波經(jīng)由拋物面反射鏡70c和70d被引入檢測側(cè)的光電 導(dǎo)器件69。
在檢測側(cè)的光電導(dǎo)器件69中，使用GaAs作為光電導(dǎo)膜。出于這 種原因，在方向偏振已被1/2波長板63調(diào)整之后，被半反射鏡61反 射的激光束通過使用波導(dǎo)型二次諧波發(fā)生器(例如，PPLN (周期性 極化鈮酸鋰(Periodically Poled Lithium Niobate) ) ) 64被轉(zhuǎn)變?yōu)?780nm的激光束。作為測量轉(zhuǎn)變的激光束的脈沖寬度的結(jié)果，在圖7 所示的自相關(guān)波形中獲得46.6fs。因此，用在時(shí)間上為30fs的寬度和 10mW的輸出獲得與1558nm的脈沖同步的780nm的脈沖。較短波長 的二次諧波激光束穿過二向色鏡62以去除不希望的波長的光。然后， 二次諧波激光束被引導(dǎo)為經(jīng)由光學(xué)反光鏡65、延遲系統(tǒng)66和會聚透 鏡67b進(jìn)入檢測側(cè)的光電導(dǎo)器件69。
因此，通過使用從根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的使用光纖放大器 的超短脈沖激光器發(fā)射的激光束作為激勵光源，并通過提供具有17fs 的脈沖寬度的1558nm的光和具有30fs的脈沖寬度的780nm的光，構(gòu) 建THz-TDS系統(tǒng)。圖8A示出當(dāng)在第一示例性實(shí)施例中在THz產(chǎn)生 側(cè)使用DSAT晶體時(shí)獲得的THz波的依賴于時(shí)間的波形，圖8b示出 圖8A中的波形的傅立葉變換譜。從圖8A可以看出，在THz波的依 賴于時(shí)間的波形中獲得具有200fs的寬度的信號脈沖，并且，在傅立 葉譜中獲得擴(kuò)展到超過20THz的頻帶的信號。注意，由圖8B中的a 指示的驟降表示由檢測側(cè)的GaAs襯底內(nèi)的光子導(dǎo)致的THz波的吸 收。
利用根據(jù)第一示例性實(shí)施例的TDS測量裝置，可以在THz波區(qū) 域中獲得窄的信號脈沖，并且，當(dāng)作為層析圖像觀察分析物71內(nèi)的分 層結(jié)構(gòu)時(shí)，可以增加沿深度方向的分辨率。圖9A是用于解釋當(dāng)使用 藥品作為分析物時(shí)獲得的層析圖像的曲線圖，圖9B和圖9C是用于解 釋當(dāng)使用藥品作為分析物時(shí)獲得的層析圖像的圖像。具體而言，圖9C 是從觀察藥品的斷面得到的顯微圖像。厚度為約500|am的涂層被施加9A是示出用根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的 THz-TDS系統(tǒng)獲得的信號的時(shí)域波形的一部分的曲線圖。從圖9A看 出，時(shí)域波形包含兩個(gè)脈沖串，并且觀察到被表面和涂層界面反射的 脈沖。圖9B是由用超過約1.4mm的掃描從各個(gè)點(diǎn)獲得的脈沖信號形 成的層析圖像。從圖9B看出，雖然觀察到幾個(gè)錯(cuò)誤信號，但獲得與 圖9C的顯微圖像對應(yīng)的圖像。這意味著第一示例性實(shí)施例可以在不 需要沿?cái)嗝媲虚_的情況下提供分析物內(nèi)的基于透射的層析圖像。作為 根據(jù)第一示例性實(shí)施例的層析成像的結(jié)果，從脈沖的依賴于時(shí)間的波 形估計(jì)約20pm的深度分辨率。
如上所述，通過用根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的脈沖激光裝置構(gòu) 建THz-TDS測量裝置，獲得具有高的深度分辨率(2(Him)并能夠基 于透射以無損的方式提供分析物的層析圖像的裝置。
第二示例性實(shí)施例
構(gòu)建本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例，使得光纖放大器的彎曲半徑R 是可調(diào)的。在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的THz-TDS系統(tǒng)中需要的波長 帶、光焦度和光鐠帶根據(jù)測量系統(tǒng)的規(guī)范而不同。因此，光纖放大器 的放大程度和比零色散波長更長的波長區(qū)域中的光學(xué)能量的量也根據(jù) 測量系統(tǒng)的規(guī)范而不同。此外，放大程度和啁啾量由于摻雜鉺的光纖 的每批次的變化而不同。
在該第二示例性實(shí)施例中，例如，根據(jù)需要的光焦度和脈沖寬度， 通過致動器使得圖4B所示的曲率半徑R是可變的。如圖IO所示，用 于纏繞光纖103的結(jié)構(gòu)被設(shè)置為具有不同半徑的多個(gè)結(jié)構(gòu)IOO到102， 并且，結(jié)構(gòu)IOO到102中的一個(gè)或更多個(gè)被構(gòu)建為是可動的，使得該 結(jié)構(gòu)具有不同的半徑。'
通過改變結(jié)構(gòu)的半徑，如圖4A中的43a到43c所示，可改變彎 曲損失對波長的依賴性。在實(shí)際中，可以設(shè)置調(diào)整單元，該調(diào)整單元 可在觀察從脈沖壓縮器輸出的圖5所示的光脈沖波形的同時(shí)將曲率半 徑設(shè)置到最佳范圍(例如，在該范圍內(nèi)，脈沖寬度被最小化并且基座 -陂抑制)。第三示例性實(shí)施例
在本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例中，對光纖放大器添加基于反饋控
制的穩(wěn)定器。在光纖放大器中，如圖ll所示，通過分支單元110取出
摻雜鉺的光纖的輸出的一部分。通過光電檢測器111監(jiān)視取出的輸出
的平均功率，并且，監(jiān)視的結(jié)果被反饋到偏振控制器8和激勵激光器 12a到12c中的一部分或全部。在這種情況下，可歸因于激勵激光器 的摻雜鉺的光纖的輸出變化在其大部分上具有相對快速的時(shí)間分量 (在幾十分鐘的量級上或更短)，而可歸因于偏振的其輸出變化在其 大部分上具有相對慢的時(shí)間分量(在小時(shí)的量級上或更長)。因此， 將低通濾波器(或積分器)112插入用于被引向偏振控制器8的反饋 信號的路徑中，并且，將高通濾波器113插入用于被引向激勵激光器 的反饋信號的路徑中。通過放大器114和115調(diào)整這些反饋信號的各 反饋放大率。作為使用濾波器的替代，也可使用均衡器(用于調(diào)整每 個(gè)信號頻率分量的反饋放大率，但未示出)來以有源的方式執(zhí)行控制。
利用上述的反饋控制，可以使激光脈沖輸出穩(wěn)定。
第四示例性實(shí)施例
在本發(fā)明的第四示例性實(shí)施例中，通過控制摻雜稀土的光纖的折 射率輪廓，改善較長波長側(cè)的濾波功能。圖12是表示一般稱為W類 型的光纖的折射率輪廓的W形圖案的曲線圖。
這里，當(dāng)在曲率半徑R處彎曲光纖時(shí)的基模(LP01)中的損失a 由下式表示
<formula>formula see original document page 18</formula>
(1)
在式(1)中，《是在圖12中示出的光纖芯的半徑，R是彎曲的 曲率半徑，co是外包層(即，芯半徑6外面的部分)的傳播常數(shù)，v是 歸一化頻率，F(xiàn)o是電場強(qiáng)度。并且，/是由下式(2)表示的折射率輪 廓函數(shù)，A是由下式(3)表示的折射率參數(shù)。1,
"0
0<r<a a < r < &， r > i
(2)
此外，對于圖12所示的區(qū)域中的每一個(gè)，從由下式(4)表示的 電場E(r)確定電場的強(qiáng)度Fo。
4J。(!Wy3)， ，* < fl，
= ^/。/6) + ^2尤。a < jr < & (4)
在式(4)中，J。、 1。和Kn分別表示第一種類的貝塞耳函數(shù)、第 一種類的修改的貝塞耳函數(shù)和第二種類的貝塞耳函數(shù)。此外，圖12 所示的區(qū)域中的傳播常數(shù)u、 a)-和co分別由下式(5)到(7)表示
在W型光纖的情況下，可以在不給出彎曲損失的情況下基于以上 的公式設(shè)置基模中的截止頻率(即，較長波長側(cè)的截?cái)?。當(dāng)然，可 通過改變曲率半徑R，如圖4A所示，逐漸將截止頻率偏移到較短波 長。
M = C"W + )2 一-2〖 敘一 =&|^2 _ "_)2
3
1
1 I 2
一l
5 6 7
19以下將說明設(shè)計(jì)的例子。觀察到由于通過上述的摻雜鉺的光纖的
放大之后的啁啾，波長在1520到1650nm的范圍上擴(kuò)展。因此，為了 去除較長波長中的額外分量，將截止波長設(shè)為1630nm。結(jié)果，獲得a =2jim, b = 7)am，光纖芯的半徑=62.5nm， n+- 1.4683， n1 - 1.4520， n0 = 1.4570。由于本示例性實(shí)施例被應(yīng)用于石英基摻雜鉺的光纖，因 此可通過控制摻雜鍺或鋁的量增加光纖芯的折射率，并且可通過控制 摻雜氟或硼的量降低內(nèi)包層中的折射率。
通過使用上述的W型光纖，用以去除較長波長區(qū)域中的分量的濾 波器特性對波長的依賴性變得比已知的階躍折射率光纖(step index ) 更明顯。因此，可更有效地增加零色散波長附近的光學(xué)能量的傳播損 失，并且可在下游級中的脈沖壓縮器中執(zhí)行具有較小的基座的脈沖壓 縮。
當(dāng)執(zhí)行光纖放大以提供較高的輸出時(shí)，如關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)說明的那 樣，在較長波長側(cè)產(chǎn)生誘導(dǎo)的拉曼散射并導(dǎo)致非線性波長變換，由此 基座在壓縮之后趨于增加。圖13是示出這種趨勢的曲線圖。從圖13 可以看出，當(dāng)使用具有1780nm的截止頻率的W型光纖時(shí)，如a所示， 較長波長分量增加。
當(dāng)曲率半徑變?yōu)?3mm、 20mm和18mm時(shí)，截止頻率(對10m 假定為3dB)分別變?yōu)?720nm、 1660nm和1625nm。由此可以理解， 如圖13中的b、 c和d所示，可相應(yīng)地減少較長波長分量即拉曼放大 分量的光學(xué)能量。通過事先設(shè)計(jì)曲率半徑并在觀察波長鐠的同時(shí)調(diào)整 曲率半徑，可以以很好的平衡的方式實(shí)現(xiàn)較高的輸出和較低的基座。 一般地，當(dāng)在光纖放大器中出現(xiàn)誘導(dǎo)的拉曼散射時(shí)，存在與光纖長度 和光焦度相關(guān)的閾值。因此，通過提供濾波器功能以截?cái)啾攘闵⒉?長的附近更長的波長帶，如上所述，可以增加閾值處的光焦度并可獲 得較高的功率。
因此，由于W型光纖可以在不控制曲率半徑的情況下去除不希望 的較長波長分量，因此可以增加設(shè)計(jì)的自由度并可提高作為濾波器的 衰減特性。也可改變纏繞的W型光纖的曲率半徑以改變截止頻率,并且本第四示例性實(shí)施例也可被有效地用于如在第二示例性實(shí)施例中那 樣使得截止頻率可變的情況。在一些情況下，確定截止頻率的參數(shù)由 于制造光纖時(shí)的批次變化而改變，并且，截止頻率從設(shè)計(jì)值偏移。鑒 于這種情況，實(shí)現(xiàn)本第四示例性實(shí)施例使得如在第二示例性實(shí)施例中 那樣通過在觀察輸出光脈沖的同時(shí)彎曲光纖將截止頻率變?yōu)樽罴阎凳?有效的。
雖然已經(jīng)對于用于1550nm的頻帶的摻雜鉺的光纖進(jìn)行了以上的 說明，但是本發(fā)明的示例性實(shí)施例也可被類似地應(yīng)用于其它的光纖放 大器，諸如用于不小于1620nm的范圍的摻雜銩的光纖或用于1060nm 的頻帶的摻雜鐿的光纖。
第五示例性實(shí)施例
第五示例性實(shí)施例旨在進(jìn)一步提高根據(jù)第一示例性實(shí)施例的TDS 測量裝置的性能。
為了減少在圖6的TDS測量裝置中的檢測側(cè)的光電導(dǎo)器件69中 產(chǎn)生的、由圖8B中的a示出的GaAs特有的明顯的聲子導(dǎo)致的吸收， 在本第五示例性實(shí)施例中使用的光電導(dǎo)器件具有如圖14所示的那樣 由LT-GaAs制成的光電導(dǎo)膜81被傳送到高電阻Si襯底80上的結(jié)構(gòu)。 注意，在圖14中，附圖標(biāo)記82表示偶極天線部分，83表示用于從天 線部分取出信號的電極盤。通過使用根據(jù)第五示例性實(shí)施例的光電導(dǎo) 器件，由于僅通過具有約2pm的厚度的LT-GaAs膜吸收THz波并且 由高電阻Si襯底80引起的THz波的吸收是小的，因此，如圖15所 示，可大大減小處于7到lOTHz的范圍中的FFTi普中的間隙b。結(jié)果， 與如圖8所示的那樣THz波的依賴于時(shí)間的波形包含多個(gè)脈沖的第一 示例性實(shí)施例相比，如圖16所示，本第五示例性實(shí)施例中的THz波 的依賴于時(shí)間的波形具有單一的峰值，并且，SZN比增加。
并且，由于THz波受空氣中的水蒸汽影響，因此，當(dāng)在氮?dú)鈨艋?或抽空不充分的環(huán)境中執(zhí)行測量時(shí)，波形變化并且層析圖像的分辨率 降低。為了避免這些缺點(diǎn)，本第五示例性實(shí)施例使用作為一般信號處 理的去巻積處理。圖17A和圖17B示出當(dāng)分別具有卯pm的厚度的三張紙相互層疊時(shí)的反射的回波脈沖的例子。圖17A示出當(dāng)不執(zhí)行去巻 積處理時(shí)的波形，圖17B示出當(dāng)執(zhí)行去巻積處理時(shí)的波形。從圖17A 和圖17B看出，與不執(zhí)行去巻積處理的情況相比，去巻積處理使得來 自三張紙的各界面的反射的回波峰值更加明顯可辨。可通過用設(shè)置在 樣品(紙)的位置處的反射鏡獲得基準(zhǔn)波形，執(zhí)行去巻積處理。圖18 示出當(dāng)沿一個(gè)方向在紙樣品上掃描入射的光束時(shí)的層析圖像。從圖18 的層析圖像確認(rèn)相互層疊的三張紙的狀態(tài)。
另外，為了確定根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的TDS測量裝置的深 度分辨率，獲得具有處于5到30pm的范圍中的各種厚度的特氟綸 (Teflon)片材的層析圖像，并且，例如，如圖19所示，將通過測微 計(jì)確定的實(shí)際厚度與從通過根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的TDS測量 裝置獲得的層析圖像測量計(jì)算的厚度相比較。圖19的曲線圖中的直線 表示代表(實(shí)際厚度)=(測量厚度)的關(guān)系的理想直線。從曲線圖 看出，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的TDS測量裝置具有足以測量約 5nm的厚度的分辨率。
第六示例性實(shí)施例
在本第六示例性實(shí)施例中，通過使用與在以上的示例性實(shí)施例中 使用的部分不同的部分構(gòu)建脈沖激光裝置。本第六示例性實(shí)施例中的 種子光脈沖發(fā)生器具有1561nm的振蕩波長、50.45MHz的重復(fù)率、 506.3fs的脈沖寬度和4.78mW的平均輸出。在光纖放大器中使用的兩 個(gè)光纖(SMF6和EDF9)的規(guī)格列于下面給出的表2中。
表2
二階群速度色散P2模場直徑MFD長度
SMF6-21.9—ps2/km10m
EDF916.8ps2/km6.lMin6m
并且，在脈沖壓縮器中，與上述的光子晶體光纖類似，光子晶體
光纖具有_30.3ps2/km的二階群速度色散、26pm的模場直徑和
220.182W"km"的非線性系數(shù)，但它具有200cm的長度。高度非線性光纖具有-15.4psVkm的二階群速度色散、4.6W"km"的非線性系數(shù)、9.4nm的模場直徑和12.4cm的長度。
通過使用這種結(jié)構(gòu)，如圖20所示，脈沖寬度稍微變寬，并且具有通過自相關(guān)器測量的自相關(guān)波形中的約47fs或關(guān)于secl^曲線換算的約30fs的值。輸出為134mW。通過根據(jù)情況需要以這種方式改變光纖等的部分的特性，可獲得具有預(yù)定特性的光纖型脈沖激光器。
在本示例性實(shí)施例中，如圖21所示，通過使用上述的光纖型脈沖激光器，TDS測量裝置被構(gòu)成為全光纖系統(tǒng)。具體而言，飛秒光纖激光器50的輸出在所有的路徑中通過光纖51、 53和54與由55和56表示的THz波發(fā)生器和檢測器耦合。因此，不需要用于調(diào)整光軸的手動工作。附圖標(biāo)記52表示光纖耦合器。附圖標(biāo)記55和56分別表示一體化地包含用于會聚激光束的部分、光學(xué)延遲部分、光電導(dǎo)器件、用于產(chǎn)生和檢測THz波的窗口和用于控制方向性的透鏡的模塊。在圖21中，與第一示例性實(shí)施例中的電氣系統(tǒng)類似的電氣系統(tǒng)沒有示出。
在55或56中加入光學(xué)延遲部分。光學(xué)延遲部分可完全由光纖形成。通過改變電場或溫度改變光纖介質(zhì)的折射率，由此引起傳播延遲。作為替代方案，例如，也可使用光纖光柵以調(diào)整對于各頻率的延遲時(shí)間。
當(dāng)脈沖激光裝置如在本第六示例性實(shí)施例中那樣完全由光纖構(gòu)建時(shí)，與使用空間光學(xué)系統(tǒng)的脈沖激光裝置相比，可以獲得更小和更便宜的裝置，并且，不再需要諸如光學(xué)調(diào)整的辛苦工作。
雖然已參照示例性實(shí)施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以包含所有的變型以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
2權(quán)利要求
1. 一種脈沖激光裝置，該脈沖激光裝置包括被配置為產(chǎn)生激光束的脈沖的激光器、光纖放大器和脈沖壓縮器，其中，光纖放大器包含在從激光器產(chǎn)生的激光束的波長處表現(xiàn)出正常色散的摻雜稀土的光纖，并且，脈沖激光裝置還包括被配置為在光纖放大器中已被啁啾的激光束的波長譜內(nèi)對于與摻雜稀土的光纖的零色散波長對應(yīng)的波長區(qū)域和/或比零色散波長更長的波長區(qū)域中的能量部分給予損失的單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的脈沖激光裝置，其中，被配置為對于零色散 波長區(qū)域和/或比零色散波長更長的波長區(qū)域中的能量部分給予損失 的單元是波長濾波器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的脈沖激光裝置，其中，被配置為對于零色散 波長區(qū)域和/或比零色散波長更長的波長區(qū)域中的能量部分給予損失 的單元通過至少在摻雜稀土的光纖的一部分中形成彎曲部分，在這兩 個(gè)波長區(qū)域中均產(chǎn)生泄漏損失。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的脈沖激光裝置，其中，被配置為對于零色散 波長區(qū)域和/或比零色散波長更長的波長區(qū)域中的能量部分給予損失 的單元是至少在其一部分中具有W狀斷面折射率輪廓的摻雜稀土的 光纖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的脈沖激光裝置，其中，被配置為給予損失的 單元通過對于零色散波長區(qū)域和/或比零色散波長更長的波長區(qū)域中 的能量部分給予損失，抑制在激光束經(jīng)由摻雜稀土的光纖傳播的過程 中產(chǎn)生的高階非線性效應(yīng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的脈沖激光裝置，其中，由脈沖激光裝置產(chǎn)生 的激光束具有20fs或更小的脈沖寬度和200mW或更大的平均輸出。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的脈沖激光裝置，其中，要被抑制的高階非線 性效應(yīng)是四波混合現(xiàn)象。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5的脈沖激光裝置，其中，要被抑制的高階非線性效應(yīng)是誘導(dǎo)的拉曼散射。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3的脈沖激光裝置，其中，彎曲部分的曲率是可變的，并且，脈沖激光裝置包括被配置為在監(jiān)視波形的同時(shí)調(diào)整彎曲部分的曲率的單元。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的脈沖激光裝置，其中摻雜稀土的光纖是摻雜鉺的光纖、摻雜銩的光纖或者摻雜鐿的光纖。
11. 一種太赫茲脈沖產(chǎn)生裝置，包括光電導(dǎo)器件或非線性晶體；和根據(jù)權(quán)利要求1的脈沖激光裝置，其中，通過將來自脈沖激光裝置的激光束照射到光電導(dǎo)器件或非線性晶體，產(chǎn)生太赫茲脈沖。
12. —種太赫茲測量裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1的脈沖激光裝置；和被配置為將脈沖激光裝置的光學(xué)輸出分成兩個(gè)部分的分支單元，其中，光學(xué)輸出的一部分被照射到第一光電導(dǎo)器件或第一非線性晶體以產(chǎn)生太赫茲脈沖，并且，光學(xué)輸出的另一部分被照射到第二光電導(dǎo)器件或第二非線性晶體，以使得第二光電導(dǎo)器件或第二非線性晶體作為檢測器運(yùn)行，由此根據(jù)泵浦-探測測量執(zhí)行太赫茲時(shí)域譜分析。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的太赫茲測量裝置，其中，通過使從脈沖激光裝置輸出的激光束穿過高次諧波發(fā)生器并將已經(jīng)穿過了高次諧波發(fā)生器的光視為照射光，獲得被照射到第二光電導(dǎo)器件或第二非線性晶體的光。
14. 一種太赫茲層析裝置，其中，通過用根據(jù)權(quán)利要求12的太赫茲測量裝置測量來自分析物的反射脈沖，獲得分析物的內(nèi)部層析圖像數(shù)據(jù)，并且，基于獲得的數(shù)據(jù)，內(nèi)部層析圖像被輸出到輸出單元。
15. —種太赫茲層析裝置，其中，當(dāng)通過用根據(jù)權(quán)利要求12的太赫茲測量裝置測量來自分析物的反射脈沖，獲得分析物的內(nèi)部層析圖像數(shù)據(jù)時(shí)，沿深度方向的分辨率為5nm或更小。
16. —種使用根據(jù)權(quán)利要求1的脈沖激光裝置的方法，包括將來自脈沖激光裝置的激光束照射到光電導(dǎo)器件或非線性晶體，以產(chǎn)生太赫茲脈沖。
17. —種使用根據(jù)權(quán)利要求l的脈沖激光裝置的方法，包括將脈沖激光裝置的光學(xué)輸出分為兩個(gè)部分；將光學(xué)輸出的一部分照射到第一光電導(dǎo)器件或第一非線性晶體，以產(chǎn)生太赫茲脈沖；以及將光學(xué)輸出的另一部分照射到第二光電導(dǎo)器件或第二非線性晶體，以使得第二光電導(dǎo)器件或第二非線性晶體檢測太赫茲脈沖。
全文摘要
本發(fā)明提供脈沖激光裝置、太赫茲測量裝置和太赫茲層析裝置。一種脈沖激光裝置包括被配置為產(chǎn)生激光束的脈沖的激光器、光纖放大器和脈沖壓縮器。光纖放大器包含在從激光器產(chǎn)生的激光束的波長處表現(xiàn)出正常色散的摻雜稀土的光纖。脈沖激光裝置還包括被配置為在光纖放大器中已被啁啾的激光束的波長譜內(nèi)對于與摻雜稀土的光纖的零色散波長對應(yīng)的波長區(qū)域和/或比零色散波長更長的波長區(qū)域中的能量部分給予損失的單元。
文檔編號G02F1/37GK101498879SQ200910009708
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日
發(fā)明者古澤健太郎, 尾內(nèi)敏彥, 片桐崇史 申請人:佳能株式會社