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Manx Precision Optics

超短パルスレーザーの場合、分散効果によってパルス幅の拡大やその他の望ましくないビーム特性の変化が生じるため、動作帯域幅にわたる低群遅延分散が非常に重要である。群遅延分散とは何か、そしてそれがレーザーの性能にどのような影響を与えるかを理解するためには、まずレーザーパルスの構造を考える必要があります。レーザパルスの典型的なモデルは、空間と時間にパルスを局在化させるガウス包絡線を持つ平面波またはその他の振動関数で構成されています。
　　
図1：ガウス型エンベロープを持つフェムト秒パルス

現実的なレーザーパルスは、様々な周波数の成分が独立して発振し、伝搬します。これらの周波数の分散を理解するために、位相をある中心周波数ω0に関する成分のテイラー級数φ(ω)に展開します。
φ(ω) = φ(ω0) + φ'(ω0)(ω – ω0) + φ”(ω – ω0)² + . ..
ここで、'は微分、...は高次の項を示す。φ''(ω0)は群遅延と呼ばれる周波数に対する位相の変化（中心周波数ω0）であり、一般にフェムト秒fsで示される。φ''(ω0)は群遅延分散（GDDと略記）と呼ばれる周波数に対する群遅延の変化（中心周波数ω0）で、一般にfs2単位で示される。パルスが材料やコーティングを通過して反射されるとき、成分はその周波数によって遅延されます。コーティングのGDDが0であれば、群遅延は一定で、パルスの全体的な構造は維持されます。しかし、分散媒質では、波長ごとに屈折率が異なるため、パルス成分は異なる速度で伝わり（分散）、群遅延分散は0にならない。その結果、パルスが広がり、チャープが発生する。

これを回避するために、コーティングを低GDDに設計したり、場合によっては、反対のGDDのミラーに到達する前にパルスを人工的にチャープし、ミラーの分散がチャープしたパルス構造を補正することも可能です。4分の1波長スタックは、一般的に高反射帯域全体で低いGDDを持つため、ブロードニングやチャープを最小限に抑えるには有効ですが、既存のチャープパルス構造を補正するのにはあまり適していません。


図2：高反射帯域で低GDDとなるように特別に設計された760-840nmミラーのGDD

 

参考文献とその他の資料

Thin Film Optical Filters Third Edition, H. A. Macleod, Institute of Physics publishing, J W Arrowsmith LtD. Bristol, 2001, ISBN 0 7503 06887 2

All Things Photonic VOL 2 Issue 1, CVI Melles Griot

 

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