JP2002252401A

JP2002252401A - レーザ装置

Info

Publication number: JP2002252401A
Application number: JP2001047001A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Mogi; 哲哉茂木; Masafumi Okuno; 雅史奥野; Akira Watabe; 明渡部; Yuichi Tanaka; 佑一田中; Hiroshi Tsuboya; 博坪谷
Original assignee: Oyokoden Lab Co Ltd
Current assignee: Oyokoden Lab Co Ltd
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2002-09-06

Abstract

(57)【要約】【課題】生成した超短パルス光をパルス拡がりの問題
無く、光ファイバによって伝送することを可能にすると
共に、光軸調整の負担を軽減した、小型で安定なレーザ
装置を提供する。【解決手段】レーザ装置は、レーザ発振器１０と群速
度分散制御部１２と伝送部１４とを同一筐体に実装して
構成されている。レーザ発振器から出力されたパルス光
の群速度分散を制御するもので、分散制御ユニットを有
する。レーザ発振器と分散制御ユニットの間の光路にビ
ームエキスパンダを配置する。伝送部のコリメータの前
段には４分の１波長板を配置する。レーザ発振器と群速
度分散制御部とファイバの一端とは、１枚の支持板１６
上に固定されている。この支持体の表側および裏側のそ
れぞれに、レーザ発振器および群速度分散制御部が設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超短パルス光
を、顕微鏡の光源、２光子吸収リソグラフィーの光源と
して光ファイバを介して出力することができる新規な可
搬型レーザ装置に関する。さらに具体的には、前記パル
ス光のパルス幅が、たとえば、１００フェムト秒のよう
に狭い超短パルス光のレーザ光を、光ファイバを介し
て、パルス幅の拡がりなく出力することができる、単一
の筐体に実装されたレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高出力固体レーザの出力は、そ
のまま、空間にビームとして出力されることが多い。た
とえば、パルス幅が１００フエムト秒というように極め
て狭い光パルス、いわゆるフェムト秒光パルス、を出力
するモード同期チタンサファイアレーザのビームも、従
来はそのまま、空間に出力されていた。

【０００３】しかし、最近の、顕微鏡光源への応用や、
プローブ顕微鏡への応用などに当たっては、フェムト秒
光パルスを光ファイバ（以下、単にファイバともいう）
で伝送させる必要がある。一方、フェムト秒領域の短い
時間幅の光パルスは、同一の位相を保って伝搬する多数
の波長によって構成されている。すなわち、ある波長幅
をもち、長波長から短波長に分布し、同一位相で進行す
る波長群の光によって、フェムト秒領域の時間幅をもつ
光パルスは、成り立っている。たとえば、中心波長８０
０ｎｍで、時間幅が光強度の半値全幅で１００フェムト
秒以下の光パルスの波長幅は、波長あたりの光強度の半
値全幅では１０ｎｍ以上に及ぶ。しかし、たとえば、石
英で構成された光ファイバの内部は正の群速度分散を持
つため、光パルスの長波長成分の方が短波長成分に比べ
て速く進む。そのため、たとえファイバの長さを数メー
トルに短くしたとしても、フェムト秒パルスはたちまち
ピコ秒パルスにまで拡がってしまう。

【０００４】この課題を解決するには、光パルスをファ
イバに入射する前に、ファイバ内部の正の群速度分散と
絶対値が同じ負の群速度分散を持つ群速度分散制御装置
に光パルスを通して、パルス幅を広げておけば良い。す
なわち、群速度分散制御装置により、長波長成分を短波
長成分に対して遅らせた状態をつくってから、パルス光
を光ファイバ中に導入する。このようにすれば、ファイ
バの終端付近で、パルス幅をフェムト秒に戻すことがで
きる。

【０００５】このように、超短パルス光を出力する従来
のレーザ装置は、レーザ発振器、群速度分散制御装置お
よび光ファイバを組み合わせて構成されている。しかし
ながら、上述のレーザ発振器および群速度分散制御装置
は、その調整作業の難しさや使用環境下での安定性確保
の難しさなどの理由から、可搬型の単一の筐体に実装さ
れたものは困難とされ、レーザ装置と群速度分散制御装
置などのように、それぞれ別々のケースに入れられて提
供される個別のユニットとなっていた。このような、光
ファイバを含めた各ユニットは、防振テーブル上の光学
ベンチ上に配置され、これらユニット間の光軸調整を精
密に行うことで、所要の光学系が実現している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このため、従来のレー
ザ装置では、これを使用するまでに多大な時間を光軸調
整に費やさねばならない。特に、群速度分散制御装置と
光ファイバとの結合部では、空間で伝送されたビーム
を、約５μｍや約１０μｍの径のように細い径のコアに
結合させる必要がある。この光軸調整の難易度は非常に
高い。すなわち、この光軸調整の要求精度は、±１０μ
ｒａｄ以下である。この角度範囲は、別の表現をすれ
ば、１ｋｍ先の±１ｃｍに相当する広がりである。これ
は、温度変化に起因して容易に動いてしまう値である。
装置中、このような角度精度を要求する部分が１か所で
もあれば、装置全体にわたる要求精度はこの値に帰結す
る。このため、装置の安定性を維持するには、大がかり
な防震テーブルを用いる必要があり、さらには、防振テ
ーブルを含む部屋全体の温度管理が不可欠な要件とさ
れ、装置全体もきわめて大きなものとなり、装置全体の
コストも極めて高価になっている。

【０００７】従って、従来より、生成した超短パルス光
を、パルス拡がりの問題無く、光ファイバによって伝送
することが可能であると共に、光軸調整の負担が軽減さ
れた、小型で、安定した、使い易いレーザ装置の出現が
望まれていた。

【０００８】本発明は、上記のような従来の課題を解決
し、可搬型の、小型で、安価な、しかも、パルス幅が、
たとえば１００フェムト秒の如く極めて狭いパルス光の
レーザ光をパルス幅の拡がりなく光ファイバから出力す
ることができる、単一の筐体に実装された新規のレーザ
装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この出願に係る発明のレ
ーザ装置は、レーザ発振器と群速度分散制御部と伝送部
とで構成されるレーザ装置であって、以下のような独特
な構成を有している。すなわち、前記群速度分散制御部
は、回折格子などの波長分波素子と前記波長分波素子に
より分波された各波長成分の光路間に光路差をつける少
なくとも１つの反射体とを有する分散を制御することが
できる分散制御ユニットを有しており、前記レーザ発振
器と前記分散制御ユニットとの間の、前記レーザ発振器
から出力された光の光路にビームエキスパンダを配置
し、レーザ発振器から出力されたパルス光のビーム幅を
ビームエキスパンダを用いて拡げ、その後にこのパルス
光の群速度分散を制御するようにし、前記群速度分散制
御部の分散制御ユニットと前記伝送部の間の光路上もし
くは前記伝送部に４分の１波長板を配置し、レーザ発振
器と前記レーザ発振器から出力された光の群速度分散を
制御する群速度分散制御部と前記群速度分散制御部から
出力された光を伝送する伝送部の一部とを同一筐体に収
めた小型で可搬型の新規なレーザ装置として構成してい
る。

【００１０】そして、前記ビームエキスパンダが少なく
とも２つのレンズから構成されていることを特徴として
いる。

【００１１】前記ビームエキスパンダを構成する少なく
とも２つのレンズのうちの２つのレンズのうち、前記レ
ーザ発振器側のレンズは、ポジティブレンズでもよくネ
ガティブレンズでもよく、すなわち、単レンズでもよく
非球面レンズでもあるいは組み合わせレンズでもよく、
たとえば平凸レンズまたは平凹レンズまたは非球面凸レ
ンズのいずれかあるいはそれらの組み合わせで構成され
たレンズを用いることができ、前記分散制御ユニット側
のレンズは、ポジティブレンズであり、単レンズでも非
球面レンズでもあるいは組み合わせレンズでもよく、た
とえば平凸レンズまたは非球面凸レンズまたはそれらの
組み合わせで構成されたレンズを用いることができる。

【００１２】そして、このレーザ装置の効果をさらに大
きくするため、種々の好ましい形態を付加することが出
来る。以下好ましい例を具体的に説明する。

【００１３】この発明の好ましい例では、レーザ発振器
は、パルス光を生成するものである。また、この発明で
は、群速度分散制御部は、レーザ発振器から出力された
パルス光の群速度分散を制御するものである。また、伝
送部は、少なくともコリメータとシングルモードファイ
バ（以下、ＳＭＦともいう）や偏波保持ファイバ（以
下、ＰＭＦともいう）などの光ファイバとにより構成さ
れていて、群速度分散制御部によって群速度分散が制御
されたパルス光を伝送するためのものである。

【００１４】さらに、好ましい例を具体的に説明する
と、レーザ発振器と群速度分散制御部と伝送部の一端と
が、筐体の内部に設けられた支持体上に固定されてい
る。そして、伝送部の非固定部分が筐体の外部に導出さ
れている。

【００１５】この発明の好ましい例では、レーザ発振器
と群速度分散制御部と伝送部の一端とが共通の一つの支
持体上に固定されている。各光学ユニット間の光軸調整
は既に完了した状態になされている。そして、これら各
光学ユニットは支持体と共に、一つの筐体の内部に収め
られている。よって、各光学ユニットがワンパッケージ
化（一体化）された状態で提供される。このような一体
化構造によれば、各光学ユニットの温度環境が共通化さ
れる。しかも、各光学ユニットを光学ベンチ上に配置し
て、光軸調整を行う手間がいらない。ユーザは、改めて
光軸調整を行う必要がなく、直ちにパルス拡がりの無い
短パルス光を使用することができる。

【００１６】この発明のレーザ装置において、好ましく
は、伝送部がコリメータを具えていて、このコリメータ
に光ファイバが接続されており、このコリメータが、群
速度分散制御部の光軸と調芯された状態で支持体上に固
定されていると良い。

【００１７】この発明のレーザ装置はこのように構成さ
れるので、群速度分散制御部から出力されたパルス光
は、コリメータを経て、光ファイバ中に導入され、筐体
から外部に導出されている伝送部の一部としての光ファ
イバの端末部から出力される。

【００１８】また、この発明のレーザ装置において、レ
ーザ発振器、群速度分散制御部、伝送部の各々におい
て、各構成部品の位置関係が熱の影響によって変化しな
いことが好ましく、さらに、レーザ発振器、群速度分散
制御部、伝送部の各々の間の相対的位置関係も熱の影響
によって変化しないように構成することが好ましい。そ
の一つの方法として、支持体としての材料が熱膨張係数
の小さい材料、例えばゼロデュア（ショット社の商品
名）のような熱膨張係数が−０．０９×１０^-6／℃程度
以下のものを用いることができる。ただし、ゼロデュア
は一種のガラスなので加工がし難くまた価格も高い。従
って、他の方法として、カーボン複合体、あるいは、ア
ルミニウムやアルミニウム合金（以下、アルミニウムで
代表して説明する）のような熱伝導性がよく、加工がし
やすく、錆びにくく、軽くて安価な材料を用いるのが好
ましい。

【００１９】一方、ステンレスはアルミニウムに比較し
て熱膨張係数が小さく錆びにくいが、熱伝導性はアルミ
ニウムほどよくない。このステンレスの特性は、熱分布
の不均一を生じ易いため、全体にわたって機械的歪みを
発生しやすい。

【００２０】アルミニウムは軽量であると共に、熱伝導
率が高いので、熱が全体にわたって拡がりやすく、部分
的に熱膨張が生じない。よって、支持体の変形を抑制す
る。

【００２１】また、この発明のレーザ装置において、好
ましくは、支持体の内部に冷却水を流すための水路が設
けられていると良い。支持体自体の放熱作用が促進され
て、支持体内部における熱の蓄積が抑制される。

【００２２】また、この発明のレーザ装置においては、
支持体が筐体の内部に設けられていて、伝送部の非固定
部分がこの筐体の外部に導出されていると良い。

【００２３】また、伝送部は、筐体の一部に着脱自在に
設けた接続部を有しており、前記接続部に伝送部の一部
としての光ファイバを接続するようにしても良い。

【００２４】また筐体により覆われているので、レーザ
発振器や群速度分散制御部などの光学ユニットが外部か
ら保護される。

【００２５】このとき、支持体が、緩衝体を介して筐体
に結合しているのが好ましい。このように構成すること
によって、適切な防振構造が得られ、光軸のずれが生じ
にくくなる。

【００２６】また、この発明の実施にあたっては、緩衝
体の主要部分を、たとえば、シリコーンゴム系の材質を
用いた物質、例えばゲル状物質でつくられた振動吸収体
とするのが好適である。

【００２７】また、この発明の好ましい例としては、前
記緩衝体が、少なくとも、筐体外部からの振動や衝撃が
支持体に伝わるのを大幅に軽減することができる緩衝部
と筐体と支持体の少なくとも一方に緩衝体を固定するこ
とができる固定部で構成されており、前記緩衝部がシリ
コーンゴムでつくられている。たとえば、この緩衝体を
支持体や筐体に固定することができるネジ部を有する前
記固定部が前記緩衝部と一体に成型されており、支持体
と筐体の間にこのシリコーンゴムでできた緩衝部を介在
させるとともに、緩衝体に一体的に取り付けられている
例えばネジ部を有する２つの固定部のネジ部を、支持体
と筐体に設けた穴部にそれぞれ差し込んで、ナットで締
め付けてしっかりと固定すると、小型で耐衝撃性の優れ
た、持ち運びに便利なレーザ装置をつくることができ
る。

【００２８】このとき、前記支持体と筐体に設けられた
穴部を前記ネジ部の径より大きな内径に形成しておくと
固定に便利である。

【００２９】さらに、この発明のレーザ装置において、
好ましくは、レーザ発振器をモード同期固体レーザ、た
とえば、モード同期チタンサファイアレーザとすると良
い。

【００３０】また、この発明のレーザ装置において、好
ましくは、レーザ発振器に励起光を供給するための励起
光源をさらに具えると良い。例えば、励起光源をダイオ
ード励起の固体レーザとするのが好適である。

【００３１】また、この発明のレーザ装置において、好
ましくは、レーザ発振器、群速度分散制御部および伝送
部を構成する光学系を固定支持する支持部（ただし、ネ
ジ部を除いて）の少なくとも主要部分の材料として、支
持体と同じ材料が用いられていると良い。このような構
成によれば、熱サイクルを受けても、各部品間の熱膨張
の差が累積することがない。従って、光路がずれない。

【００３２】また、この発明のレーザ装置において、好
ましくは、レーザ発振器と群速度分散制御部とが、支持
体の表と裏にそれぞれ装着されていると良い。レーザ発
振器および群速度分散制御部を、このように支持体上に
配置すれば、支持体の小型化および軽量化が可能にな
る。また、小型化により、装置全体の温度の不均一分布
が少なくなる。たとえ、多少の温度不均一分布が残った
としても、支持体の表と裏とで受ける熱による影響の差
が小さくなり、それによる光路のずれは生じにくくな
る。さらに、小型化により、熱膨張による伸び縮みの絶
対値が小さくなる。

【００３３】また、この発明のレーザ装置において、好
ましくは、支持体の一方の側に装着されたレーザ発振器
から出力されたパルス光を、支持体に設けられた貫通孔
を通して、支持体の他方の側に装着された群速度分散制
御部に供給する構成にすると良い。

【００３４】支持体の内部は、比較的温度が一定であ
り、空気擾乱の影響も少ないので、光ビームが安定す
る。

【００３５】また、この発明のレーザ装置の好適例によ
れば、群速度分散制御部は、回折格子、第１反射体およ
び第２反射体を具えているのが好ましい。上述の回折格
子は、レーザ発振器により供給されたパルス光の各波長
成分を、波長に応じた方向へそれぞれ回折させるもので
ある。また、第１反射体は、回折格子を経て入射したパ
ルス光を、このパルス光の入射方向に平行な方向へ反射
させて回折格子へ戻すものである。さらに、第２反射体
は、第１反射体および回折格子を経て入射したパルス光
を、このパルス光の入射方向に平行な方向へ反射させて
回折格子へ戻すものである。

【００３６】レーザ発振器から供給されるパルス光は、
回折格子に入射する。パルス光の各波長成分は、波長に
応じた方向にそれぞれ回折される。パルス光の各波長成
分は、所定位置に配置された第１反射体に入射し、それ
ぞれ入射方向に平行な方向に反射されるため、回折格子
に戻される。

【００３７】続いて、パルス光は、回折格子により第２
反射体に向けて回折される。第２反射体では、パルス光
の各波長成分がそれぞれ入射方向に平行な方向に反射さ
れる。従って、パルス光は回折格子に戻される。その
後、パルス光は、往路と平行な光路を辿って、回折格
子、第１反射体および回折格子の順に伝搬される。

【００３８】よって、パルス光の各波長成分の間には、
回折格子と第１反射体との間の距離に応じた光路差が生
じる。この装置内では、長波長成分が短波長成分に比べ
て長い距離の光路を伝搬する。そのため、パルス光がこ
の群速度分散制御部を通過すると負の群速度分散を受け
て、相対的に、パルスの後端近くが長波長側シフトした
成分となり、パルスの前端近くが短波長側シフトした成
分となる。このパルス光が伝送部の光ファイバに導入さ
れるので、パルス光は伝送部における正の群速度分散を
受けて、伝送部の光ファイバから出力される時には所望
の極めて狭いパルス幅のパルス光を出力することができ
る。

【００３９】この発明のレーザ装置の好適例によれば、
第１反射体と回折格子との間の距離が可変にできるよう
に、第１反射体を移動させる駆動機構が設けられてい
る。

【００４０】そして、好ましい例においては、第１反射
体を光軸に沿う直線方向へ移動させることができる移動
機構を具えている。

【００４１】このような移動機構を具えるので、群速度
分散制御部内部の群速度分散を、伝送部を構成する光フ
ァイバの長さに合わせて調節することができる。従っ
て、光ファイバを交換したときも、アライメントをやり
直す必要がないようにすることができる。

【００４２】また、この発明のレーザ装置の好適例によ
れば、第１および第２反射体の各々が、互いに垂直な二
つの反射面を有したプリズムであって、第１反射体とし
てのプリズムの二つの反射面の双方に垂直な面と、第２
反射体としてのプリズムの二つの反射面の双方に垂直な
面とが互いに垂直になるように第１および第２反射体を
配置するとよい。

【００４３】このように構成してあるので、パルス光の
入射光路および出射光路は互いに分離される。従って、
ビームスプリッタなどの分波器を用いる必要がない。

【００４４】また、この発明のレーザ装置の好適例によ
れば、第１反射体の移動機構の制御に対して、伝送部か
ら出力されたパルス光のパルス幅を指標とした負帰還を
行う。

【００４５】このようにして、この発明のレーザ装置に
おいては、伝送部から出力されるパルス光のパルス幅が
もっとも狭くなるように第１反射体の位置を調整するこ
とができる。

【００４６】また、この発明のレーザ装置の好適例によ
れば、回折格子の入射パルス光に対する角度を、レーザ
発振器から出力されるパルス光の波長を指標として変化
させることができるように構成すると良い。このように
して、パルス光の波長を変化させたときに第１反射体と
第２反射体のビーム経路の最適な位置をビームが通過す
るように回折格子の入射パルス光に対する角度を自動的
に調整することができる。したがって、パルス光の波長
を変化させても、群速度分散制御部を通過したパルス光
が波長によらず一定の強度で伝送部に供給され、伝送部
の出力が変動することがないレーザ装置を提供すること
ができる。

【００４７】このように、パルス光の波長に合わせて回
折格子を回転させるので、パルス光の波長が変化して
も、群速度分散制御部のアライメントをやり直す必要が
ない。

【００４８】そして、前記第１反射体と第２反射体とし
ての各プリズムのうちの少なくとも１つの前記プリズム
の少なくとも１つの断面を、三角形の一部を切り欠かれ
た形状にすることにより、一層の小型化を進め、かつ群
速度分散制御量を拡大することができる。

【００４９】また、この発明のレーザ装置において、好
ましくは、レーザ発振器、群速度分散制御部および伝送
部を構成する部品の支持体に接続される側に位置決め用
の凸部または凹部が設けられており、これらの凸部また
は凹部と組み合わせることができる凹部または凸部を、
支持体の所定の位置に形成してあると良い。

【００５０】この構成によれば、光学素子およびホルダ
からなる部品を配置できる位置が、支持体側の凹部また
は凸部を設けた所定の位置に制限される。これら支持体
側の凹部または凸部と、部品側の凸部または凹部とは、
現在の機械加工技術を駆使することで、それぞれ高い寸
法精度と位置精度で形成することができる。従って、部
品側の凸部または凹部が支持体側の凹部または凸部に組
み合わさるように、部品を支持体に置くのみで、部品を
支持体の所定位置に高い精度で配置することができる。
もしも、部品の光学素子が光軸から多少ずれていた場合
には、部品を構成するホルダが一般に有する光学素子微
動機構でこの軸ずれを修正することができる。従って、
この構成によれば、光学素子の軸調整作業を従来より大
幅に軽減することができるので、所望の光学系を従来よ
り簡易に形成することができる。そして、この構成を用
いて、たとえばレーザ発振器のレーザビームの位置を支
持体の表面から１８ｍｍ以下の一定の高さに押さえるこ
とができる。また、支持体に溝を設け、この溝内に前記
凹部や凸部を設けて光学素子やホルダを配置するととも
に、レーザビームも支持体の溝内を通るようにすること
ができる。このような構成にすることにより、支持体を
筐体内に立てて配置した場合も含めてレーザ装置の安定
性を大幅に高めることができる。

【００５１】また、この発明のレーザ装置において、好
ましくは、伝送部の非固定部分の端部に、正の群速度分
散を有する半導体結晶を利用した圧縮ユニットをさらに
結合してあると良い。

【００５２】伝送部を構成するファイバの内部に、フェ
ムト秒程度のパルス光が伝送されると、そのピーク強度
の強さのために、自己位相変調効果が生じる。この効果
のために、スペクトルの狭帯域化が生じて、パルスが拡
がってしまう。この自己位相変調効果の大きさは、パル
ス光のピーク強度に依存するため、１ミリワット程度の
十分微弱なフェムト秒パルスであれば、ファイバで伝送
可能である。しかし、このような微弱強度では、フェム
ト秒パルスの応用という側面からは不適当である。少な
くとも、５０ミリワット程度は伝送する必要がある。

【００５３】そこで、この発明では、群速度分散制御部
と共に圧縮ユニットを用いていることができる。すでに
述べたように、群速度分散制御部は、光パルスに負の群
速度分散を与えることにより、例えば１００フェムト秒
程度の光パルスを６ピコ秒程度まで広げるものである。
この程度のパルス幅であれば、数１００ミリワットの光
パルスを、自己位相変調効果を無視して伝送することが
できる。ただし、ファイバ出力端でもパルス幅は３ピコ
秒程度であり、フェムト秒には戻っていない。そこで、
上述の圧縮ユニットにより、このファイバ端において、
一気にパルス幅をピコ秒からフェムト秒に圧縮する。

【００５４】この圧縮ユニットは、半導体結晶をもって
構成されており、この結晶のバンドギャップ端における
急峻な正の分散カーブを利用するものである。平均強度
の大きいフェムト秒パルス光を、ファイバだけで伝送す
ることはできない。しかし、上述したように、群速度分
散制御部によってピコ秒までパルス幅を広げて、伝送部
により平均強度を維持しながら伝送し、最後に圧縮ユニ
ットを用いてパルス幅を圧縮することで、フェムト秒パ
ルス光のファイバ伝送が可能となる。

【００５５】また、この発明のレーザ装置の、好ましい
例では、筐体の寸法を、長さ６５６ｍｍ以下、高さ５０
８ｍｍ以下、幅２３４ｍｍ以下で、重量が５０ｋｇ以下
にして実装することができる。

【００５６】また、この発明のレーザ装置において、好
ましくは、前記群速度分散制御部が音響光学素子と少な
くとも２枚の反射板とを有し、前記音響光学素子に入射
した入射光は、前記音響光学素子を透過した後、前記２
枚の反射板のうちの一方の反射板である第１の反射板に
進んでそこで反射され、前記音響光学素子を透過して前
記２枚の反射板のうちの他方の反射板である第２の反射
板に進んでそこで反射され、前記の入射光の光路を逆方
向に進行して前記音響光学素子から前記第１の反射板、
前記音響光学素子へと進行して、前記音響光学素子に入
射したときと同じ光路を入射したときとは逆方向に出射
するように前記音響光学素子と少なくとも２枚の反射板
とが配置されており、前記音響光学素子は、入射光を透
過させることができるとともに該透過する入射光に対し
て音響光学効果を及ぼして入射光を分光するように構成
することができる。

【００５７】そして、第２の反射板として直角プリズム
を用いて、前記群速度分散制御部に入射した光と前記前
記群速度分散制御部から出射する光が空間的に異なる位
置を通るようにすると良い。このようにすることによ
り、前記群速度分散制御部に入射する光と出射する光の
分離を確実にできる。

【００５８】また、第２の反射板と音響光学素子の間に
４分の１波長板をおき、入射光と反射光の偏光方向を９
０度回転させるようにしても良い。このようにすること
により、前記群速度分散制御部に入射する光と出射する
光の分離を確実にできる。

【００５９】また、この発明のレーザ装置の好ましい例
においては、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光
が直線偏波光であり、前記伝送部が少なくとも２つの４
分の１波長板と少なくとも１つのコリメータと少なくと
も１本の光ファイバを有しており、前記伝送部に入射し
た直線偏波のレーザ光が前記２つの４分の１波長板のう
ちの１つ（以下、第１の４分の１波長板ともいう）に入
射して円偏波に変換されて前記コリメータを通って前記
光ファイバの入力側端部に入射して光ファイバ内を伝送
され、前記光ファイバの出力側端部から前記第１の４分
の１波長板とは別の４分の１波長板（以下、第２の４分
の１波長板ともいう）に入射するように構成すると良
い。そして、さらに好ましくは、前記光ファイバの出力
側端部近傍の部分を長さ１ｍｍ以上にわたってコア直径
が漸増した構造にすると良い。

【００６０】また、この発明のレーザ装置において、好
ましくは、モード同期発振状態を検出する光検出装置を
有し、モード同期発振が停止した場合には、前記光検出
装置の検出信号に対応してレーザ発振器を構成するミラ
ーの少なくとも一つを移動させる駆動機構を駆動させ、
モード同期発振を開始させる機能を有するようにすると
良い。

【００６１】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。なお、図は、この発明が理
解できる程度に形状、大きさおよび配置関係を概略的に
示しているに過ぎない。また、以下に記載される数値等
の条件や材料などは単なる一例に過ぎない。以下で説明
する実施の形態は、適宜好適な例を用いてこの発明の技
術思想を説明するものであり、よって、この発明は、こ
の実施の形態にのみ限定されるものではない。

【００６２】この発明の実施の形態のレーザ装置につ
き、図１を参照して説明する。

【００６３】図１は、この発明の実施の形態のレーザ装
置の構成を示す図である。図１（Ａ）は、レーザ装置を
上方から見たところを示しており、図１（Ｂ）は、レー
ザ装置を側方（図１（Ａ）の左側）から見たところを示
している。

【００６４】このレーザ装置は、主として、レーザ発振
器１０と群速度分散制御部１２と伝送部１４とで構成さ
れている。レーザ発振器１０は、パルス光を生成する光
学ユニットで構成されている。群速度分散制御部１２
は、レーザ発振器１０から出力されたパルス光の群速度
分散を制御する光学ユニットである。伝送部１４は、少
なくともコリメータ８０と光ファイバとしてのＳＭＦ１
４ａにより構成されていて、群速度分散制御部１２によ
って群速度分散が制御されたパルス光を伝送するための
光学ユニットである。

【００６５】また、この実施の形態のレーザ装置では、
レーザ発振器１０と、群速度分散制御部１２と、伝送部
１４の一端とが、支持体としての１枚の支持板１６上に
固定されている。この支持板１６は、厚さが５ｃｍ程度
のアルミニウム（アルミ５０５２）板である。この支持
板１６の表側および裏側のそれぞれに、レーザ発振器１
０および群速度分散制御部１２が設けられている。すな
わち、レーザ発振器１０および群速度分散制御部１２
は、支持板１６を挟んで対向した状態に設置されてい
る。

【００６６】また、伝送部１４は、ＳＭＦ１４ａと、そ
の端部に接続されたコリメータ８０とをもって構成され
ている。ＳＭＦ１４ａとコリメータ８０とは、十分に高
い精度で相対位置が合わせられた状態で、互いに接続さ
れている。伝送部１４の一端、すなわちコリメータ８０
は、群速度分散制御部１２の光軸と調芯された状態、例
えば、±１０μrad 以下の光軸の角度精度、±１０μｍ
以下の光軸の位置精度に調芯された状態で、支持板１６
の群速度分散制御１２側の面上に固定されている。従っ
て、群速度分散制御部１２から出力されたパルス光は、
コリメータ８０を経て、ＳＭＦ１４ａ中に導入される。

【００６７】このような構成によれば、支持板１６の片
面に各光学ユニットを設ける場合に比べて、支持板１６
を小型にすることができる。従って、装置全体も小型化
され、重量も軽減する。しかも、支持板１６の片面だけ
が光学ユニットの重量の影響を受けたり、光学ユニット
から放出される熱により影響を受けることもなくなり、
部分的な重力の影響や熱膨張による光学ユニットの光軸
ずれのリスクが低減される。

【００６８】このように構成したことにより、この例の
１つの筐体に実装されたレーザ装置は、長さ６５０ｍ
ｍ、高さ５００ｍｍ、厚さ２００ｍｍであり、重量が５
０Ｋｇ以下になっている。

【００６９】このように、この実施の形態のレーザ装置
は、１つの支持板１６上に組み込まれて１つの筐体に実
装された状態で提供される。また、各光学ユニットの光
軸はすでに調整された状態で提供される。従って、ユー
ザは、煩雑な調芯作業を行う必要がなく、所望のパルス
光をすぐに使用することができる。

【００７０】さらに詳細にレーザ装置の構成につき説明
する。この実施の形態のレーザ装置本体は、適当な筐体
の内部に収められているために、運搬しやすくなってい
る。

【００７１】図２は、筐体の構成を示す図である。図２
（Ａ）は側面図であり、図２（Ｂ）は正面図である。図
２（Ａ）には、支持板１６の群速度分散制御部１２側が
示されている。

【００７２】上述したように、この実施の形態のレーザ
装置の重量は約５０Ｋｇである。このような重量になる
と、運搬の安全性や、重さによる筐体の歪みなどを考慮
する必要がある。そのため、図２（Ａ）に示すように、
筐体１８としては、２枚の板２０および２２を平行に対
向させ、これらの間を４本の肉厚のアルミニウムのパイ
プ２４によって接続したものを用いている。パイプ２４
の外径は３０ｍｍ程度である。このような構造を採用す
ることにより、歪みに対する強度が確保されている。ま
た、パイプ２４には、手で握ることを考慮して、適当な
滑り止め加工、例えば図示例のような溝加工が表面に施
されている。これらパイプ２４の間に、光学ユニットが
設けられた支持板１６が収められる。図２（Ｂ）に示す
ように、支持板１６は、図２（Ｂ）中の上下方向にわた
り主面（光学ユニットが設けられた面）が延在するよう
にして設けられる。

【００７３】そして、光学ユニットを含む支持板１６
は、外装板２６により覆われている。この実施の形態の
レーザ装置は、アライメントフリーになっている。

【００７４】また、一方の板２０にはＳＭＦ１４ａを通
すための孔が開けられている。ＳＭＦ１４ａの非固定部
分は、この孔を通って、筐体１８の外部に導出されてい
る。あるいは、板２０にＳＭＦ１４ａの接続が可能なコ
ネクタを設けておき、群速度分散制御部１２から出力さ
れた光を、コリメータ８０を経て、このコネクタに伝送
させる構成にしておけば、この部分でＳＭＦ１４ａの脱
着作業を行うことができる。また、このコネクタがコリ
メータ８０とともに組み込まれてコネクタとして板２０
に設けられていて、必要に応じて光ファイバ、たとえば
ＳＭＦ１４ａを接続するようにすることができる。

【００７５】この例で用いられるＳＭＦ１４ａは、コア
径が５．３μｍであり、開口数ＮＡが０．１２である。

【００７６】さらに、この実施の形態のレーザ装置は、
レーザ発振器１０に励起光を供給するための励起光源２
８を具えている。この励起光源２８は、支持板１６の上
側（図２（Ａ）中の上部）に固定された状態で設置され
ている。

【００７７】また、図３に、支持板１６を含む図２
（Ｂ）のＩ−Ｉ線の位置で切った切り口の断面を示す。
図３は、支持体と筐体との結合の様子を示す断面図であ
る。

【００７８】支持板１６の下側（図３中の下側）には、
架橋板３０が設けられており、この架橋板３０の両端は
それぞれ板２０および２２に接続されている。この架橋
板３０の上に適当な個数の、例えばゲル状物質でつくら
れた振動吸収体３２が緩衝体として設けられている。支
持板１６は、これら振動吸収体３２を介して筐体に結合
している。また、支持板１６の側面と対向する板２０お
よび２２の双方にも、振動吸収体３２が適当個数設けら
れている。従って、支持板１６の側方も、振動吸収体３
２を介して筐体に結合している。さらに、支持板１６の
主面と対向する外装板２６の裏側にも、振動吸収体が適
当個数設けられている。このように、支持板１６は、筐
体１８中に振動吸収体３２を介して設けられることによ
って、所定の防振構造が実現されている。従って、防振
テーブルに設置する必要はない。

【００７９】尚、一例として、直径３０ｍｍ、高さ２２
ｍｍ、共振点１０Ｈｚ付近の振動吸収体を支持板１６の
下に８個、前後左右に各１個、合計１２個を配置するの
が好ましい。

【００８０】上記の如き振動吸収体３２を緩衝体の例と
して説明したが、耐振特性を高めるために緩衝体として
の振動吸収体を筐体外部からの振動や衝撃が支持体に伝
わるのを大幅に軽減することができる緩衝部と筐体と支
持体の少なくとも一方に緩衝体を固定することができる
固定部を有するように構成して、前記緩衝部をシリコー
ンゴム系の緩衝材でつくることが好ましい。たとえば、
前記固定部を、この緩衝体を支持体や筐体に固定するこ
とができるネジ部を有する構造にし、前記固定部２つを
前記緩衝部と一体に成型して、支持体と筐体の間にこの
シリコーンゴムでできた緩衝部を介在させるとともに、
前記２つの固定部のネジ部を、支持体と筐体に設けた穴
部にそれぞれ差し込んで、ナットで締め付けてしっかり
と固定すると、小型で耐衝撃性の優れた、持ち運びに便
利なレーザ装置をつくることができる。

【００８１】このとき、前記支持体と筐体に設けられた
穴部を前記ネジ部の径より大きな内径に形成しておくと
固定に都合がよい。

【００８２】次に、支持板１６の構成をさらに詳細に説
明する。図４は、支持板１６の構成を示す平面図であ
る。図４には、群速度分散制御部１２が設けられている
側が示されている。支持板１６の上側には励起光源２８
が設置されている。

【００８３】上述したように、支持板１６はアルミニウ
ムにより形成されている（アルミニウム合金でも良
い。）。各光学素子は、アルミニウム板の表面が掘削さ
れた部分１６ａ、１６ｂおよび１６ｃにそれぞれ設置さ
れている。これら１６ａ、１６ｂ及び１６ｃは、凹部で
あり、それぞれの形状は強度を保ちながら軽量化を実現
できる。この支持板１６全体を一定温度に保つために、
板の厚みの中心部分に冷却水が通る孔が水路として開け
られている。その孔の部分には、折り曲げ自在な中空パ
イプ３４が接続されており、それを通して支持板１６内
に冷却水が供給されるようになっている。ここでは、励
起源として使用している後述するグリーンレーザは、通
常約２０分で立ち上がる。定常運転時には、通常、グリ
ーンレーザの筐体の前方は約２９度Ｃ、後方は約２７度
Ｃ程度まで温度が上昇する。この温度差は、アルミニウ
ムに熱膨張を発生させ、筐体に歪みを生じさせる。歪み
の大きさは、アルミニウムの熱膨張係数とグリーンレー
ザの長さを考慮すると、２℃の温度差で最大約２０μｍ
に達する。最大値で２０μｍと予想される筐体の変位
は、グリーンレーザが単体の場合は殆ど問題にならな
い。しかし、一体化して、グリーンレーザと後述するチ
タンサファイアレーザを含む光学系の光軸精度を±１０
μｍ以下に保つためには、グリーンレーザの筐体の温度
分布は無視できない値である。

【００８４】そこで、グリーンレーザの筐体と、チタン
サファイア共振器を接続している中間部分に、水冷機構
を有する厚さ１０ｍｍのアルミニウムの板を配置した。
水冷はアルミニウム板内部に４ケ所貫通穴を開け、その
内部に循環冷却水を通すことで行った。冷却水の温度は
約２３度、流量は毎分約６００ミリリットルである。

【００８５】このとき、前記グリーンレーザの筐体と、
チタンサファイア共振器を接続している中間部分に設け
た水冷機構を有する厚さ１０ｍｍのアルミニウムの板
を、支持板１６と一体に形成することが小型、軽量化な
どこの発明の目的達成のために一層好ましい。

【００８６】一方、チタンサファイア共振器は、共振器
の配置されている支持体の中心部に５ケ所貫通穴を開
け、内部に別の冷却機からの循環水を通している。冷却
水の温度は約２３度Ｃ、流量は毎分約６００ミリリット
ルである。

【００８７】さらに、上記の支持体の冷却水の循環の途
中にバイパスを設け、チタンサファイア結晶の冷却を行
っているペルチェ素子の排熱側の冷却を併せて行ってい
る。

【００８８】この温度対策により、グリーンレーザとチ
タンサファイア共振器の表面温度は、グリーンレーザが
全面にわたり２４度Ｃ程度、チタンサファイア共振器の
表面温度が２３度Ｃ程度となっている。

【００８９】なお、レーザ発振器１０側も同じように、
支持板１６の掘削された部分に、各光学素子が設置され
ている。

【００９０】また、励起光源２８から出力された励起光
は、支持板１６の上側側面に設けられた励起光導入用ミ
ラー３８により反射されて、レーザ発振器１０側に伝搬
されるようになっている。

【００９１】次に、この実施の形態のレーザ装置の光学
系について説明する。先ず、図５を参照して、レーザ発
振器１０の構成につき説明する。図５は、レーザ発信器
１０の構成を示すブロック図である。

【００９２】このレーザ発振器１０は、モード同期チタ
ンサファイアレーザとして構成されている。この例のレ
ーザ発振器１０のサイズは、幅が３２０ｍｍ、長さが５
９０ｍｍ、高さが９０ｍｍである。

【００９３】このレーザ発振器１０のために、上述した
励起光源２８として、ダイオード励起の固体グリーンレ
ーザが用いられる。励起光源２８内部のダイオードは、
ドライバ３６によって駆動される。励起光源２８は、波
長が５３２ｎｍ、出力が３．５Ｗの励起光を出力する。
この励起光が、励起光集光ミラー３８および４０により
順次に反射されて、レーザ発振器１０へ伝送される。

【００９４】また、レーザ発振器１０は、レーザ媒質と
して、Ｔｉ：Ａｌ₂ Ｏ₃ 結晶４２を具えている。Ｔｉ：
Ａｌ₂ Ｏ₃ 結晶４２は、０．１５重量パーセントのチタ
ンをドープしたサファイアである。Ｔｉ：Ａｌ₂ Ｏ₃ 結
晶の発光スペクトルは、６００ｎｍ〜１１００ｎｍの波
長域にわたる。この結晶４２には、ペルチェ素子などの
サーマルエレクトリッククーラ（以下、Ｔ．Ｅ．Ｃと略
称する。）が取り付けられており、温度が一定の状態に
管理されている。このＴ．Ｅ．Ｃは、Ｔ．Ｅ．Ｃドライ
バ４４によって制御されている。

【００９５】また、このレーザ発振器１０中には、４つ
のチャープミラー４６ａ、４６ｂ、４６ｃおよび４６ｄ
が設けられており、これらは共振器の一部として機能す
る。チャープミラー４６ａ〜４６ｄは、一般的なＺ字型
の共振器を構成している。共振器中の光は、これらチャ
ープミラー４６ａ〜４６ｄ間で７回反射されてから、出
力ミラー４８を経て、外部に出力される。このように、
光をチャープミラー４６ａ〜４６ｄ間で繰り返し反射さ
せることにより、Ｔｉ：Ａｌ₂ Ｏ₃ 結晶４２が持つ群速
度分散を補償している。

【００９６】また、このレーザ発振器１０の共振器の一
端には、終端ミラー５０が設けられている。この終端ミ
ラー５０は、スライダ機構により光軸方向に移動するこ
とができる。このスライダ機構は、スタータ５２により
制御されるソレノイド５４によって駆動される。スター
タ５２は、手動操作のスイッチによって作動する。する
と、スタータ５２は、ソレノイド５４を作動させて、終
端ミラー５０を微小に移動させる。この結果、共振器中
にＦＭ変調が引き起こされ、モード同期が開始する。

【００９７】レーザ発振器１０へ入射された励起光は、
波長板（λ／２板）５３を通った後、励起光集光レンズ
５５によってＴｉ：Ａｌ₂ Ｏ₃ 結晶４２に集光される。
Ｔｉ：Ａｌ₂ Ｏ₃ 結晶４２から出射した光は、凹面鏡５
６に反射されてチャープミラー４６ａに伝送される。チ
ャープミラー４６ａにより反射された光は、チャープミ
ラー４６ｂ、終端ミラー５０、チャープミラー４６ｂ、
チャープミラー４６ａ、凹面鏡５６、凹面鏡５８、チャ
ープミラー４６ｄ、チャープミラー４６ｃおよび出力ミ
ラー４８の順に伝搬される。出力ミラー４８からは、約
７０フェムト秒の光パルスが出力される。このレーザ発
振器１０の最大出力は、４５０ｍＷである。

【００９８】さらに、このレーザ発振器１０は、モード
同期状態を常に監視し、万一、モード同期状態が停止し
た場合は、自動的に、つまり手動作によらず、上記のよ
うにソレノイド５４を駆動し、再度、モード同期を開始
させる機能も有している。

【００９９】モード同期状態の監視には、以下のような
原理を利用している。

【０１００】モード同期発振すると、出力光は、共振器
の光路長で決まる周波数で繰り返すパルス列を生じる。
この繰り返し周波数は、ｃ／（２Ｌ）（ただし、ｃは光
速度、Ｌは共振器長である。）により表される。すなわ
ち、１．５ｍ（メートル）の共振器長の場合、パルス列
の繰り返し周波数は１００ＭＨｚ（メガヘルツ）とな
る。

【０１０１】一方、モード同期発振から外れると、ほと
んどの場合、連続発振状態になる。よって、レーザ発振
器１０の出力を光検知器で監視し、決まった周波数のパ
ルス状の繰り返し信号が出力されるか、あるいは、一定
強度の信号が出力されるか、どちらの状態であるかを判
断すれば、レーザがモード同期状態であるかどうかを容
易に判断できる。このような光検知器として、レーザ発
振器１０の内部にフォトダイオード５７を設けてある。
フォトダイオード５７は、上述の凹面鏡５６を透過した
光を受光する。フォトダイオード５７で受信された信号
は、スタータ５２に入力される。スタータ５２は、フォ
トダイオード５７の受信信号により、モード同期状態を
監視することができる。

【０１０２】具体的には、フォトダイオード５７の受信
信号の周波数を、カウンタによって約１／１０に周波数
変換している。そして、この周波数変換された信号を、
スタータ５２内部に内蔵されるチャージポンプ回路に導
く。このチャージポンプ回路は、繰り返し信号が入力さ
れると出力電圧を上昇させ、繰り返し信号が入力されな
くなると出力電圧が減少するという電子回路である。こ
の回路の出力状態を、ソレノイド５４に送るトリガ信号
として利用している。

【０１０３】なお、レーザ発振器１０を波長可変に構成
するには、共振器内のレーザ媒質後段に複屈折フィルタ
を挿入する。複屈折フィルタは、複屈折媒質例えば水晶
で形成された平行平板である。この複屈折フィルタの入
射面を、レーザビームに対する入射角度がブリュースタ
ー角になるように設ける。複屈折フィルタを、その入射
面の法線に関して、回転させることにより、共振器内の
レーザビームの波長選択を行うことができる。

【０１０４】このレーザ発振器１０から出力されたパル
ス光は、支持板１６のレーザ発振器１０側に設けられた
ミラー６０により反射され、支持板１６の表側から裏側
にわたり開けられた貫通孔６１を通って、支持板１６の
裏側、すなわち、レーザ発振器１０が設けられる側とは
反対側、すなわち、群速度分散制御部１２側に送られ
る。上述したように、支持板１６は冷却機構を具えてい
るため、支持板１６の内部は、比較的温度が一定であ
る。しかも、貫通孔６１の内部は空気擾乱の影響も少な
いので、光ビームは安定した状態で伝送される。

【０１０５】次に、図６を参照して群速度分散制御部１
２の構成につき説明する。図６は、群速度分散制御部１
２の構成を示すブロック図である。この群速度分散制御
部１２は、第１反射体としての直角プリズム６２、回折
格子（グレーティング）６４および第２反射体としての
直角プリズム６６を具えている。図１中には、光の伝搬
経路を実線ｂおよび破線ｒにより示してある。

【０１０６】上述の回折格子６４は、レーザ発振器１０
により供給されたパルス光の各波長成分を、波長に応じ
た方向へそれぞれ回折させるものである。また、直角プ
リズム６２は、回折格子６４を経て入射したパルス光
を、パルス光の入射方向に平行な方向へ反射させて回折
格子６４へ戻すものである。また、直角プリズム６６
は、直角プリズム６２および回折格子６４を経て入射し
たパルス光を、パルス光の入射方向に平行な方向へ反射
させて回折格子６４へ戻すものである。各直角プリズム
６２および６６は、互いに垂直な二つの反射面をそれぞ
れ有している。

【０１０７】上述したように、レーザ発振器１０側から
送られたパルス光は、支持板１６に設けられた貫通孔６
１を通って、群速度分散制御部１２に入力される。入力
パルス光は、群速度分散制御部１２に設けられた、平面
鏡６８、凸面鏡７０、凹面鏡７２、平面鏡７４、平面鏡
７６および平面鏡７８の順に反射されてゆく。そして、
平面鏡７８により反射されたパルス光は、先ず、回折格
子６４に入射する。

【０１０８】回折格子６４に入射したパルス光は、各波
長成分に分離されて、各波長成分が波長に応じた方向に
それぞれ回折される。図６では、長波長成分の光路が実
線ｒにより示されており、短波長成分の光路が破線ｂに
より示されている。長波長成分の方が短波長成分に比べ
て回折角が大きく、回折後は、長波長成分ｒと短波長成
分ｂとが一致しない。

【０１０９】この実施の形態では、回折格子６４のピッ
チは６００本／ｍｍである。また、回折格子６４のサイ
ズは、幅が３０ｍｍ、長さが３０ｍｍである。

【０１１０】回折格子６４で回折されたパルス光は、直
角プリズム６２に入射して反射される。パルス光は、直
角プリズム６２内において、互いに垂直な二つの反射面
に順次に反射されて、入射方向（回折格子６４で回折さ
れたパルス光が直角プリズム６２に入射するときの伝搬
方向）と平行な方向に反射される。反射されたパルス光
は、再び回折格子６４に入射する。パルス光の入射位置
は、初めに回折格子６４に入射した位置と異なってお
り、また、波長成分に応じても異なっている。回折格子
６４では、パルス光の各波長成分が入射方向（平面鏡７
８で反射されたパルス光が回折格子６４に入射するとき
の伝搬方向）と同じ方向に向けて回折されるために、各
波長成分は互いに平行となる。そして、各波長成分は、
直角プリズム６６に入射する。

【０１１１】パルス光は、直角プリズム６６内におい
て、互いに垂直な二つの反射面に順次に反射されて、入
射方向と平行な方向に反射される。反射されたパルス光
は、再び回折格子６４に入射する。

【０１１２】なお、一方の直角プリズム６２の二つの反
射面の双方に垂直な面と、他方の直角プリズム６６の二
つの反射面の双方に垂直な面とを互いに垂直に配置して
ある。図示例では、一方の直角プリズム６２の二つの反
射面の双方に垂直な面は、図６中の紙面に平行な面であ
る。また、他方の直角プリズム６６の二つの反射面の双
方に垂直な面は、図６中の紙面に対して垂直な面であ
る。

【０１１３】従って、直角プリズム６６では、パルス光
は、最初に図６の紙面に垂直な方向に反射され、続い
て、図６の紙面に平行な方向に反射されて回折格子６４
に戻される。その後、パルス光は、平面鏡７８、回折格
子６４、直角プリズム６２、回折格子６４および直角プ
リズム６６の順に伝搬された最初の光路と平行な別の光
路を伝搬される。すなわち、パルス光は、回折格子６
４、直角プリズム６２および回折格子６４の順に伝搬さ
れる。図中で、この回折格子６４から後述のコリメータ
８０の方向へ向かう帰りの光路は、前記の行きの光路と
図の紙面に垂直方向にずれているために、パルス光は平
面鏡７８に入射されずに直進する。そして、パルス光
は、群速度分散制御部１２から出力され、伝送部１４を
構成するコリメータ８０に入射して、コリメータ８０に
接続されたＳＭＦ１４ａに入射し、ＳＭＦ１４ａにより
装置外部に伝送される。

【０１１４】また、この実施の形態では、直角プリズム
６２と回折格子６４との間の距離が可変にできるよう
に、直角プリズム６２が、光軸に沿う直線方向への移動
を可能にする移動機構を具えている。この移動機構のた
め、直角プリズム６２は、この直角プリズム６２に対す
るパルス光の入射方向を一定に保った状態で、直線移動
を行うことができる。すなわち、直角プリズム６２は、
図６に示すａ方向に移動することができる。直角プリズ
ム６２を移動させると、直角プリズム６２と回折格子６
４との間の距離が変化するので、パルス光の各波長成分
間の光路差を変化させることができる。

【０１１５】ここで、前記第１および第２反射体に直角
プリズムを用いたため、ルーフ型ミラーの利点とは異な
り、ルーフ型ミラーを用いる場合に比べて極めて調整が
容易になるという利点がある。

【０１１６】以上説明したように構成してあるため、群
速度分散制御部１２内では、長波長成分ｒの方が短波長
成分ｂに比べて長い距離の光路を伝搬する。従って、Ｓ
ＭＦ１４ａに入力した時点では、パルス光の各波長成分
の間に、回折格子６４と直角プリズム６２との間の距離
に応じた光路差が生じている。

【０１１７】このように、群速度分散制御部１２は、パ
ルス光に負の群速度分散を与えるものである。この実施
の形態の群速度分散制御部１２によれば、例えば、１０
０フェムト秒程度のパルス光のパルス幅を６ピコ秒程度
にまで広げることができる。パルス光の、回折格子６４
を通過した時点での出力は１１０ｍＷであるが、上述し
た程度のパルス幅であれば、数１００ミリワットのパル
ス光を、自己位相変調効果を無視してＳＭＦ１４ａによ
り伝送することができる。

【０１１８】また、ＳＭＦ１４ａの出力端（非固定部分
の端部）には、圧縮ユニット８２が接続されている。こ
の圧縮ユニット８２は、正の群速度分散を有する半導体
結晶により構成されている。このような結晶としては、
例えば、ＺｎＳｅやＣａＳｅなどがある。この圧縮ユニ
ット８２は、半導体結晶のバンドギャップ端における急
峻な正の分散カーブを利用して、ピコ秒程度の光パルス
幅をフェムト秒程度に圧縮する。この例では、ＳＭＦ１
４ａの出力端において、パルス光のパルス幅が３ピコ秒
程度になっている。パルス光は、ＳＭＦ１４ａから圧縮
ユニット８２内に導入されると、ビーム径が１ミリ程度
に拡がり、複数回結晶中を通過した後に外部に出力され
る。その結果、パルス光のパルス幅は１００フェムト秒
程度に圧縮される。

【０１１９】以上説明したように、この実施の形態の群
速度分散制御部１２では、ビームを空間的に折り畳んだ
形の光学系が採用されている。このため、プリズム対や
回折格子対を用いる従来の装置に比べて、約１／２の寸
法の面内に構成することができる。

【０１２０】また、直角プリズム６２は、６０ｍｍの距
離だけスライドさせることができる。その結果、この群
速度分散制御部１２の群速度分散は、１５００００ｆｓ
² ないし２０００００ｆｓ² の範囲で変化可能である。
この値から接続可能なＳＭＦ１４ａの長さを求めると、
３．５ｍから５ｍとなる。この程度の長さのＳＭＦ１４
ａを用いることができるため、この実施の形態のレーザ
装置をたとえば顕微鏡の光源、２光子吸収のリソグラフ
ィの光源、光通信の光源などとして利用することは実用
的に十分可能である。

【０１２１】さらに、直角プリズム６２と回折格子６４
との間の距離が可変にできるように、直角プリズム６２
が、直角プリズム６２へ回折格子６４からの光が入射
し、その光を全て入射した光と平行を保つ方向に向かっ
て反射できるような移動が可能である。例えば、好まし
い例として、直角プリズム６２の移動については、回折
格子６４からの出射光の中心波長の光の光軸の方向への
直線移動が可能である。

【０１２２】また、この中心波長が±５０ｎｍ変化する
場合は、回折格子６４からの出射光の角度が±２°変化
し、直角プリズム６２から回折格子６４の反射光は回折
格子６４の表面上±１０ｍｍ変化する。従って、回折格
子６４の溝の方向に対して直角方向の長さは５０ｍｍ以
上あることが好ましい。

【０１２３】さらに、直角プリズム６２の代わりにコー
ナーキューブリフレクタを用い、直角プリズム６６の代
わりに平面鏡を用いる構成とすることもできる。

【０１２４】また、直角プリズム６２の移動機構は、装
置の外部から電気的に制御できるように構成されてい
る。このように構成してあるので、群速度分散制御部１
２内部の群速度分散を、ＳＭＦ１４ａの長さに合わせて
調節することができる。従って、ＳＭＦ１４ａを交換し
たときも、アライメントをやり直す必要がない。

【０１２５】さらに、波長可変にした場合および接続す
るファイバの長さを変化させた場合などにおいて、直角
プリズム６２の移動機構の制御に対して、ＳＭＦ１４ａ
から出力されたパルス光のパルス幅を検出し、前記検出
されたパルス幅と目的とするパルス幅との差を演算し
て、直角プリズム６２の移動量を直角プリズム６２の移
動機構へ負帰還を行うようにしてある。この結果、ＳＭ
Ｆ１４ａから出力されるパルス幅が一定となる。

【０１２６】さらに、回折格子６４は、格子面に平行な
軸（図６中の紙面に対して垂直な軸）に関して回転可能
に構成してある。そして、回折格子６４の入射パルス光
に対する角度を、レーザ発振器１０から出力されるパル
ス光の波長を指標として変化させるようにしてある。つ
まり、上述したレーザ発振器１０の波長可変機構と連携
させ、波長可変機構を構成する複屈折媒質の回転角に応
じて、回折格子６４を回転させるようにしてある。この
ように、パルス光の波長に合わせて回折格子６４を回転
させるので、パルス光の波長が変化しても、アライメン
トをやり直す必要がない。

【０１２７】図７は本発明の好適な例を説明する図で、
群速度制御部と伝送部を説明する図である。多くの構成
は図６と同様であるが、図６と異なる主なところは、図
６の凸面鏡７０の代わりに平面鏡５０３を配置し、平面
鏡６８と平面鏡５０３の間の光路中に、ビームエキスパ
ンダとして作用するレンズ５０１と５０２を配置したこ
と、凹面鏡７２を光路形成要素としては用いず、平面鏡
７４の代わりに平面鏡５０３を配置して、平面鏡６８か
らレンズ５０１と５０２を通って平面鏡５０３に入射し
たパルス光が平面鏡５０３に入射して、平面鏡５０３に
より反射されて平面鏡７６に入射して、以後、図６にお
いて説明したような光路を通って回折格子６４から伝送
部の方へ出射されるようにしたこと、直角プリズム６２
を符号６２ｂで示した部分を切欠いたプリズム６２ａに
して、たとえば、回折格子６４と直角プリズム６６との
間の光路をプリズム６２ａ側に一層近接することができ
るようにしたこと、そして、回折格子６４と伝送部のコ
リメータ８０の間に４分の１波長板５０５を配置したこ
とである。

【０１２８】そして、前記４分の１波長板５０５は前記
群速度分散制御部の回折格子６４と伝送部の光ファイバ
の間に配置すればよく、特別の制約はない。

【０１２９】図７において、レーザ発振器１０側から送
られたパルス光ビームは、tuuko貫通孔６１を通り、平
面鏡６８により光路を図のように変えられて、ビームエ
キスパンダを構成するレンズ５０１と５０２によってビ
ーム幅を大きくされる。この例においては、レンズ５０
１に入射する前の矢印５０６で示した位置でのビーム幅
（たとえばビームの径）に対して、レンズ５０２からパ
ルス光ビームが出射した後の矢印５０７で示した位置に
おけるビーム幅が約４倍になっている。

【０１３０】レーザビームの広がり角は、矢印５０６の
位置におけるよりも矢印５０７の位置において小さくな
っている。

【０１３１】前記ビームエキスパンダは少なくとも２つ
のレンズにより構成されている場合のうち、２つのレン
ズにより構成されている例を記したが、この２つのレン
ズの、パルス光ビームの入射側、即ち、図７で平面鏡６
８に近い側のレンズはポジティブレンズでもネガティブ
レンズでもよく、たとえば、平凸レンズでもよく、平凹
レンズでもよく、非球面凸レンズでもよく、またそれら
の組み合わせレンズでもよい。また、パルス光ビームの
出射側、、即ち、図７で平面鏡５０３に近い側のレンズ
はポジティブレンズが用いられ、たとえば、平凸レンズ
でもよく、非球面凸レンズでもよく、それらの組み合わ
せレンズでもよい。

【０１３２】ビームエキスパンダを通ってビーム幅が大
きくなり、広がり角が小さくなった、すなわち、より平
行ビームに近くなったパルス光ビーム（レーザビーム）
は、平面鏡５０３で進路を変えられ、図示のように、平
面鏡５０４から平面鏡７６へと進み、以下、図６の場合
と同様に進行して、回折格子６４と第１の反射体として
の直角プリズム６２ａおよび第２の反射体としての直角
プリズム６６とによって分散を制御されて回折格子６４
から伝送部側へと出射される。図７における直角プリズ
ム６２ａは、図６の直角プリズム６２と比較して、図の
三角形の一部（図７における符号６２ｂで示した部分）
を切り欠いた形状にしており、回折格子６４と直角プリ
ズム６６の間の光路（以下、光路Ａともいう）が直角プ
リズム６２ａに直接するように構成されても、光路Ａを
直角プリズム６２ａが遮らないようになっている。これ
は装置の小型化に寄与すると同時に、直角プリズム６２
ａの可動幅を大きくすることができ、群速度分散制御の
可変幅を増大させることができる。

【０１３３】また、直角プリズム６６も、その三角形の
一部を切り欠いた形に構成することにより、小型化に寄
与することができる。

【０１３４】上述のように群速度分散制御をされたパル
ス光ビームは群速度分散制御部から出射して、４分の１
波長板５０５を通り、コリメータ８０に入射する。

【０１３５】４分の１波長板５０５を配置したことによ
り、戻り光がレーザ発振部１０に戻るのを大幅に低減す
ることができる。

【０１３６】なお、この４分の１波長板５０５は、図１
０の４分の１波長板１２０を配置している場合は、この
４分の１波長板１２０で代用することができる。

【０１３７】以上説明したように、本発明の好適な例と
しての図７においては、レンズ５０１と５０２で構成さ
れるビームエキスパンダと４分の１波長板５０５を用い
たことにより、レーザ発振部を一層安定にすることがで
きる。

【０１３８】以上のように、この実施の形態のレーザ装
置は、機能的に異なる３つのユニットが相まって１つの
装置として機能するように構成されたものである。この
レーザ装置は、空間を伝播するレーザビームを扱う。こ
のような空間ビームを扱う際の設計上、あるいは、製造
上の工夫について述べる。

【０１３９】この実施の形態では、レーザ発振器１０、
群速度分散制御部１２および伝送部１４を構成する部品
のそれぞれ支持板１６に接続される側に位置決め用の凸
部または凹部を設けてある。そして、これら凸部または
凹部が組み合わされる凹部または凸部を、支持板１６の
所定の位置に形成してある。光学ユニットおよび支持板
１６の双方に、このような位置決め機構が設けられてい
る。

【０１４０】図８は、位置決め機構の例を示す斜視図で
ある。図８（Ａ）には、光学素子用ホルダ８４を下側か
ら見たところが示されている。図８（Ｂ）には、支持板
１６の一方の主面の一部分が示されている。

【０１４１】光学素子用ホルダ８４は、上述の光学ユニ
ットを構成する光学素子を保持するためのものである。
この光学素子用ホルダ８４の下側、すなわち、支持板１
６に接続される側に、位置決め用の凸部８６が形成され
ている。一方、支持板１６の所定位置には、光学素子用
ホルダ８４の凸部８６が嵌合する凹部８８が形成されて
いる。従って、光学素子用ホルダ８４の凸部８６を支持
板１６上の凹部８８に嵌め込むことにより、光学素子を
支持板１６上の所定位置に配置することができる。その
後、所要の手段により光学素子ホルダ８４を支持板１６
に固定すれば良い。

【０１４２】このように構成してあるため、光学素子用
ホルダ８４は、支持板１６の凹部８８を設けたことによ
って、所定の位置に配置される。これら支持板１６の凹
部８８と、光学素子用ホルダ８４の凸部８６とは、現在
の機械加工技術を駆使することで、それぞれ高い精度で
形成できる。従って、光学素子用ホルダ８４の凸部８６
が支持板１６の凹部８８に組み合わさるように、光学素
子用ホルダ８４を支持板１６に置くのみで、光学素子を
支持板１６の所定位置に高い精度で配置できる。もし
も、光学素子が光軸から多少ずれていた場合には、光学
素子用ホルダ８４が一般的に有する光学素子微動機構で
この軸ずれを修正できる。従って、この構成によれば、
光学素子の軸調整作業を従来より軽減することができる
ので、所望の光学系を従来より簡易に形成することがで
きる。

【０１４３】また、上記の例では、レーザ発振器１０、
群速度分散制御部１２および伝送部１４を構成する光学
系を固定する支持部（ネジ部を除く）の少なくとも主要
部分の材料として、支持板１６と同じアルミニウムが用
いられている。このように、各部品の熱膨張係数を同じ
にすれば、熱サイクルを受けても、各部品間の熱膨張の
差が累積することがなく、光路ずれが生じにくい。

【０１４４】ただし、使用する部品によっては、微調整
を行わなければならない場合には、微調整を行う部分の
ばねやレールはステンレスなどを、また、取り替えを必
要とする部分の取り付けネジなどは真ちゅうなどを用い
ることができる。

【０１４５】また、このレーザ装置の内部におけるビー
ムの高さは、群速度分散制御部１２の一部を除いて１８
ｍｍに統一されている。この値は、以下に述べるよう
に、ＪＩＳ−Ｚ８８０１工業規格の標準数に基づいて決
められたものである。すなわち、レンズやミラーは、入
手の容易さとコストの点とで市販の標準品が多用されて
いる。この標準品は、１／２インチ（１２．７ｍｍ）の
寸法のものが多い。そこで、床面からのビームの高さと
して、光学素子の保持に最低限必要なメカ機構の厚さ
と、この直径とを考慮して、上述の寸法に対して最も適
当である１８ｍｍの値を選択している。

【０１４６】次に、この実施の形態のレーザ装置の小型
化の可能性について述べる。上述した現状のチタンサフ
ァイア共振器には、部品コストの削減のために、市販さ
れているミラーやレンズが多用されている。上述したよ
うに、このような光学素子の直径は１／２インチのもの
が多い。従って、この直径をさらに半分にできれば、ビ
ーム高さを１８ｍｍからさらに低くすることが可能にな
る。さらに、光学素子の取り付けに必要となるメカ部品
も小型化が可能である。

【０１４７】ビーム高さを前記のように１８ｍｍ以下に
することは、支持板１６で例示した支持体を縦にして筐
体に実装した場合に、熱の影響や重力の影響により光路
にずれが生じるリスクを軽減することができる。

【０１４８】さらに、支持板１６に溝部を設けて、この
溝部内を光路にするように各光学系を構成し配置すれ
ば、光路のずれのリスクは一層軽減される。

【０１４９】現在のレーザ装置は、本発明の実施によ
り、筐体の長さ、高さ、幅の各最大寸法が長さ６５６ｍ
ｍ、高さ５０８ｍｍ、幅２３４ｍｍで、重量が５０ｋｇ
以下に小型化されている。

【０１５０】さらに、小型化した実施例として、標準品
として市販されているものに限られず、独自の寸法の光
学素子を用いることによりブロックの大きさを半分にで
きる。この段階では、共振器の支持体は、幅が２００ｍ
ｍ以下、長さが５５０ｍｍ以下、厚さが６０ｍｍ以下の
寸法になる。

【０１５１】励起光源２８も、同様の手法により、幅が
１００ｍｍ以下、長さが３９０ｍｍ以下、高さが９０ｍ
ｍ以下の寸法になる。

【０１５２】従って、レーザ装置全体の寸法は、筐体の
最大寸法で長さ６２０ｍｍ以下、高さ４３０ｍｍ以下、
幅１７０ｍｍ以下にすることができる。

【０１５３】さらに、ブロックの大きさは小さくせずに
そのパッキング密度をあげることにより更に小さくでき
る。この段階では、共振器は、幅が６０ｍｍ以下、長さ
が１０５ｍｍ以下、高さが４５ｍｍ以下の寸法になる。

【０１５４】同様の技術により、励起光源２８は、幅が
３０ｍｍ以下、長さが６０ｍｍ以下、高さが３０ｍｍ以
下の寸法になる。

【０１５５】従って、レーザ装置全体の寸法は、長さ２
３０ｍｍ以下、高さ１７５ｍｍ以下、厚さ１５５ｍｍ以
下にすることができる。

【０１５６】図９は、群速度分散制御部１２の別の例を
説明する図である。図中符号１００は入射光、１０１は
駆動部１０２を有する音響光学素子、１０３は第１の反
射板、１０４は第２の反射板、１０５は４分の１波長
板、１０６は入出力分離素子、１０７は出射光の光路、
１０８はコリメータ、１０９は光ファイバ、１１０〜１
１３は光路である。音響光学素子１０１、第１の反射板
１０３、第２の反射板１０４、４分の１波長板１０５は
群速度分散制御部１２の構成要素である。ここで、コリ
メータ１０８と光ファイバ１０９は伝送部１４の一部を
構成する。

【０１５７】図９において、群速度分散制御部１２に入
射した入射光１００は入出力分離素子１０６を通り光路
１１０に進み、入射光を透過することができる音響光学
素子１０１に入射する。音響光学素子１０１の駆動部１
０２に適切な電気信号を入れて音響光学素子１０１に進
行波を生じさせておくと、入射光は光路１１１に示した
ように波長に応じて分光され、第１の反射板１０３で反
射されて、光路１１２を通り再び音響光学素子１０１を
通り光路１１３に進み、４分の１波長板１０５で偏光面
を４５度回転された状態で第２の反射板１０４で反射さ
れ、再び４分の１波長板１０５で偏光面を４５度回転さ
れた状態で、光路１１３、１１２、１１１、１１０と進
行して入出力分離素子１０６に入射する。この場合、第
２の反射板１０４で反射された光は、音響光学素子１０
１を通過し、第１の反射板１０３で反射され、音響光学
素子１０１を通過する。このとき、４分の１波長板１０
５を往復通過した光は偏光面が入射光１００に対して９
０度回転されているため、入出力分離素子で入射光１０
０とは異なる光路１０６へと出力され、伝送部１４を構
成するコリメータ１０８に入射し、光ファイバ１０９を
伝送される。

【０１５８】また、前記図９の４分の１波長板１０５を
用いずに、第２の反射板１０４として、２つの反射面を
有するたとえば直角プリズムを用い、前記２つの反射面
に垂直な面を、たとえば、図の紙面に垂直に配置すれ
ば、光路１１３を進行して第２の反射板１０４としての
プリズムに入射した光は、たとえば、光路１１３に平行
で光路１１３に対して図の紙面に垂直上方向で光路１１
３に平行な光路を通って光路１１２、光路１１１、光路
１１０にそれぞれ平行で図の紙面に垂直上方向に位置す
る光路を通って進行する。この場合も、第２の反射板１
０４で反射された光は、音響光学素子１０１を通過し、
第１の反射板１０３で反射され、音響光学素子１０１を
通過する。上記の場合では、入射光と出射光は紙面の高
さ方向にまったく異なる位置を通るので、入出力分離素
子１０６は必ずしも必要なく、たとえば、コリメータ１
０８を入射光１００に平行な位置に配置すればよい。

【０１５９】図１０は、伝送部１４におけるさらなる改
良の例を説明する図である。

【０１６０】図中、符号１２０は４分の１波長板、１２
１はレンズ、１２２は光ファイバ１２３の入力側端末、
１２４は光ファイバ１２３の出力側端末、１２５は４分
の１波長板、１２６と１２７は光の進行方向を示す矢印
である。

【０１６１】図１０において、矢印１２６の方向から伝
送用光ファイバ１２３に入射する直線偏光のパルスレー
ザビームが、該レーザ波長１／４波長板である第１の４
分の１波長板１２０を通過した後、偏光状態が円偏光に
なるように第１の４分の１波長板１２０は方位が調整さ
れている。

【０１６２】第１の４分の１波長板１を通過したレーザ
ビームは集光レンズ１２１によってシングルモード光フ
ァイバ１２３の研磨された端面を有する入力側端末１２
２に集光される。シングルモード光ファイバ１２３中を
伝送されるレーザビームは円偏光になっているので、直
線偏光状態のときに比べて、単位面積あたりの電界強度
は１／√２になっている。従って、強度由来の光ファイ
バの破壊の限界が√２倍の伝送平均出力まで上昇する。
さらに、光ファイバ１２３の出力側端末１２４はＴＥＣ
（ＴｈｅｒｍａｌｌｙＥｘｐａｎｄｅｄＣｏｒｅ）
技術を用いて、数ミリから数センチの長さにわたり、コ
ア直径が拡大されている。直径が３．３倍に拡大される
ことでレーザパルスの時間幅が、出力端で最も短くなる
場合、出力表面の面積が３．３の自乗倍すなわち約１０
倍にすることができる。このため、光ファイバ出力端で
の単位面積あたりの強度が１／１０に減少させられるの
で、破壊限界を約１０倍にする事ができる。

【０１６３】出力側端末１２４から出力したレーザパル
スはさらに第２の４分の１波長板を通過する。このと
き、第２の４分の１波長板１２４では円偏光が直線偏光
になるように調整されている。よって、第２の４分の１
波長板１２５からの出力レーザパルスは、直線偏光で、
かつ分散補償によりパルス幅がレーザ発振器から出力さ
れたものと同様に短くなっているので、ピーク強度が高
くかつ直線偏光状態である。従って、生体科学、リソグ
ラフィなどの産業分野に利用するときに好都合である。

【０１６４】なお、出力レーザビームの出力側に出力光
を平行光に調整するレンズを設けても良く、この場合、
４分の１波長板１２４はこのレンズの後方に設けても良
い。

【０１６５】この発明のレーザ装置は、レーザ発振器と
群速度分散制御部と伝送部の一端とが共通の支持体上に
固定されており、可搬型の小型の１つの筐体に実装され
ている。レーザ装置を構成する各光学ユニット間の光軸
調整は既に完了した状態になされており、アライメント
フリーになっている。また、伝送部の出力用光ファイバ
の長さを用途に合わせて変えたり、使用する波長を変え
る必要のある用途の場合にも、自在に対応できるもので
ある。これら各光学ユニットと支持体とは、共通の１つ
の筐体の内部に収められており、各光学ユニットがワン
パッケージ化（一体化）された状態で提供される。そし
て、このような一体化構造による、各光学ユニットの温
度環境が共通化され、しかも、従来のように、各光学ユ
ニットを光学ベンチ上に配置して、ユーザが光軸調整を
行う必要がなく、直ちにパルス拡がりの無い短パルス光
を使用することができる。

【０１６６】

【発明の効果】この発明のレーザ装置によれば、伝送部
のコリメータの前段に４分の１波長板を配置するととも
にレーザ発振器と群速度分散制御部の分散制御ユニット
との間にビームエキスパンダを配置したレーザ発振器と
群速度分散制御部と伝送部の一端とが共通の支持体上に
固定されている。このようなレーザ装置は各厳しい条件
のために、従来はレーザ発振の安定性を保つことが難し
く、実用化は困難と見なされていたが、本発明によっ
て、小型で安定性の高いレーザ装置を工業レベルで提供
することが可能になった。

【０１６７】各光学ユニット間の光軸調整は既に完了し
た状態になされている。そして、これら各光学ユニット
と支持体とは、共通の筐体の内部に収められている。よ
って、各光学ユニットがワンパッケージ化（一体化）さ
れた状態で提供される。このような一体化構造によれ
ば、各光学ユニットの温度環境が共通化される。しか
も、各光学ユニットを光学ベンチ上に配置して、光軸調
整を行う手間が省ける。ユーザは、光軸調整を行う必要
がなく、直ちにパルス拡がりの無い短パルス光を使用す
ることができる。

【０１６８】この発明の上記のような長所から、この発
明によるレーザ装置は、可搬型で、難しい調整を必要と
せず、非線形光学効果が有効に機能する対象物に光ファ
イバから超短パルス光を直接導入することができるた
め、光通信における光−光ルータの光源として、従来の
レーザダイオードと置き換えて利用することができ、ま
た、別の用途として、２格子吸収のリソグラフィー用の
光源として用いることができる。さらに別の用途とし
て、２格子吸収顕微鏡の光源としても用いることができ
るなど、この発明の利用可能性は極めて広いものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態のレーザ装置の構成を示す図で、
（Ａ）はレーザ装置を上から見た図、（Ｂ）はレーザ装
置を側方から見た図である。

【図２】筐体の構成を示す図で、（Ａ）は側面図で、
（Ｂ）は正面図である。

【図３】支持体と筐体との結合の様子を示す図である。

【図４】支持体の構成を示す図である。

【図５】レーザ発振器の構成を示す図である。

【図６】群速度分散制御部の構成を示す図である。

【図７】群速度制御部と伝送部を説明する図である。

【図８】位置決め機構の例を示す図で、（Ａ）は光学素
子用ホルダを下から見た図、（Ｂ）は支持板の主面の一
部を示す図である。

【図９】別の群速度分散制御部の構成を示す図である。

【図１０】伝送部の光ファイバの入力側と出力側に１／
４波長板を用いた例を説明する図である。

【符号の説明】

１０：レーザ発振器１２：群速度分散制御部１４：伝送部１４ａ：ＳＭＦ１６：支持体としての支持板１６ａ，１６ｂ，１６ｃ：掘削された部分１８：筐体２０，２２：板２４：パイプ２６：外装板２８：励起光源３０：架橋板３２：振動吸収体３４：中空パイプ３６：ドライバ３８，４０：励起光導入用ミラー４２：Ｔｉ：Ａｌ₂ Ｏ₃ 結晶４４：Ｔ．Ｅ．Ｃドライバ４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ：チャープミラー４８：出力ミラー５０：終端ミラー５２：スタータ５３：波長板５４：ソレノイド５５：励起光集光レンズ５６，５８，７２：凹面鏡５７：フォトダイオード６０：ミラー６１：貫通孔６２，６６：直角プリズム６２ａ：一部を切り欠かかれたプリズム６２ｂ：プリズムの切欠き部分６４：回折格子６８，７４，７６，７８，５０３，５０４：平面鏡７０：凸面鏡８０，１０８：コリメータ８２：圧縮ユニット８４：光学素子用ホルダ８６：凸部８８：凹部１０１：音響光学素子１０３，１０４：反射板１０５，１２０，１２５，５０５：４分の１波長板１０９，１２３：光ファイバ１２１，５０１，５０２：レンズ１２４：出力端末５０６，５０７：矢印

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥野雅史埼玉県戸田市新曽南３丁目１番23号株式会社応用光電研究室内 (72)発明者渡部明埼玉県戸田市新曽南３丁目１番23号株式会社応用光電研究室内 (72)発明者田中佑一埼玉県戸田市新曽南３丁目１番23号株式会社応用光電研究室内 (72)発明者坪谷博埼玉県戸田市新曽南３丁目１番23号株式会社応用光電研究室内Ｆターム(参考） 2H037 BA03 CA13 CA15 CA21 CA31 CA37 DA11 2H043 AE23 5F072 AB01 AB20 HH02 KK05 KK07 KK12 KK30 MM08 MM16 MM20 QQ02 SS08 SS10 TT28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振器と、前記レーザ発振器から
出力された光の群速度分散を制御する群速度分散制御部
と、前記群速度分散制御部から出力された光を伝送する
伝送部とを有するレーザ装置において、前記群速度分散
制御部は、回折格子などの波長分波素子と前記波長分波
素子により分波された各波長成分の光路間に光路差をつ
ける少なくとも１つの反射体とを有する分散を制御する
ことができる分散制御ユニットを有しており、前記レー
ザ発振器と前記分散制御ユニットとの間の、前記レーザ
発振器から出力された光の光路に、ビームエキスパンダ
を配置し、前記レーザ発振器と、前記群速度分散制御部
と、前記伝送部の少なくとも一部とを支持体に実装して
同一筐体に収めたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】請求項１に記載のレーザ装置において、
前記レーザ発振器は、パルス光を生成するものであり、
前記群速度分散制御部は、前記レーザ発振器から出力さ
れたパルス光の群速度分散を制御するものであり、前記
伝送部は、少なくともコリメータと光ファイバを構成要
素として有しており、前記群速度分散制御部によって群
速度分散が制御されたパルス光を伝送するためのもので
あり、前記レーザ発振器と、前記群速度分散制御部と、
前記伝送部の一端とが、１つの支持体上に固定されてお
り、前記コリメータが、前記群速度分散制御部の光軸と
調芯された状態で前記支持体上に固定されており、前記
伝送部の光ファイバの少なくとも一部が前記筐体の外部
に導出されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】請求項１または２に記載のレーザ装置に
おいて、前記群速度分散制御部の分散制御ユニットと前
記伝送部の間の光路上もしくは前記伝送部に４分の１波
長板を配置したことを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のレー
ザ装置において、前記ビームエキスパンダが少なくとも
２つのレンズから構成されていることを特徴とするレー
ザ装置。
【請求項５】請求項４に記載のレーザ装置において、
前記ビームエキスパンダを構成する少なくとも２つのレ
ンズのうちの２つのレンズのうち、前記レーザ発振器側
のレンズは、単レンズまたは非球面レンズあるいは組み
合わせレンズで構成されたネガティブレンズ又はポジテ
ィブレンズであり、前記分散制御ユニット側のレンズ
は、単レンズまたは非球面レンズあるいは組み合わせレ
ンズで構成されたポジティブレンズであることを特徴と
するレーザ装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載のレ
ーザ装置において、前記レーザ発振器は、パルス光を生
成するものであり、前記群速度分散制御部は、前記レー
ザ発振器から出力されたパルス光の群速度分散を制御す
るものであり、前記伝送部は、少なくともコリメータと
光ファイバを構成要素として有しており、前記群速度分
散制御部によって群速度分散が制御されたパルス光を伝
送するためのものであり、前記レーザ発振器と、前記群
速度分散制御部とが、１つの支持体上に固定されてお
り、前記筐体の一部に光ファイバ接続部が設けられてい
ることを特徴とするレーザ装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載のレ
ーザ装置において、前記支持体が、緩衝体を介して前記
筐体に実装されており、前記緩衝体は筐体外部からの振
動や衝撃が前記支持体に伝わるのを大幅に軽減すること
ができる緩衝部と、前記筐体と前記支持体の少なくとも
一方に前記緩衝体を固定することができる固定部とを有
していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載のレ
ーザ装置において、前記レーザ発振器、群速度分散制御
部および伝送部を構成する構成要素のうちの非可動光学
系のねじ部を除く各支持部の材料が、前記支持体の主要
部分と同じ材料であることを特徴とするレーザ装置。
【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載のレ
ーザ装置において、筐体の寸法が、長さ６５６ｍｍ以
下、高さ５０８ｍｍ以下、幅２３４ｍｍ以下で、重量が
５０ｋｇ以下であることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項に記載の
レーザ装置において、前記レーザ発振器から出力される
レーザ光が直線偏波光であり、前記伝送部が前記４分の
１波長板を含めて少なくとも２つの４分の１波長板と少
なくとも１つのコリメータと少なくとも１本の光ファイ
バを有しており、前記伝送部に入射した直線偏波のレー
ザ光が前記２つの４分の１波長板のうちの１つ（以下、
第１の４分の１波長板ともいう）に入射して円偏波に変
換されて前記コリメータを通って前記光ファイバの入力
側端部に入射して光ファイバ内を伝送され、前記光ファ
イバの出力側端部から前記第１の４分の１波長板とは別
の４分の１波長板（以下、第２の４分の１波長板ともい
う）に入射することを特徴とするレーザ装置。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれか１項に記載
のレーザ装置において、モード同期発振状態を検出する
光検出装置を有し、モード同期発振が停止した場合に
は、前記光検出装置の検出信号に対応してレーザ発振器
を構成するミラーの少なくとも一つを移動させる駆動機
構を駆動させ、モード同期発振を開始させる機能を有す
ることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１項に記載
のレーザ装置において、前記レーザ発振器と前記群速度
分散制御部とが、前記支持体の一方の面と他方の面にそ
れぞれ固定されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１３】請求項１〜１２のいずれか１項に記載
のレーザ装置において、前記群速度分散制御部は、回折
格子と第１反射体および第２反射体を具えており、前記
回折格子は、前記レーザ発振器により供給されたパルス
光の各波長成分を、波長に応じた方向へそれぞれ回折さ
せるものであり、前記第１反射体、前記回折格子を経て
第１反射体に入射したパルス光を、該パルス光の入射方
向に平行な方向へ反射させて前記回折格子へ戻すもので
あり、前記第２反射体は、前記第１反射体および回折格
子を経て第２反射体に入射したパルス光を、該パルス光
の入射方向に平行な方向へ反射させて前記回折格子へ戻
すものであり、前記第１および第２反射体の各々が、互
いに垂直な２つの反射面を有するプリズムであって、前
記第１反射体としてのプリズムの２つの反射面の双方に
垂直な面と、前記第２反射体としてのプリズムの２つの
反射面の双方に垂直な面とが互いに垂直になるように前
記第１反射体と前記第２反射体とを配置してあり、前記
第１反射体と前記回折格子との間の距離が可変にできる
ように、前記第１反射体が、第１反射体へ前記回折格子
からの光が入射し、その光を全て、入射した光と平行を
保つ方向に向かい反射できるような移動を可能にする移
動機構を具えていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１４】請求項１３に記載のレーザ装置におい
て、前記プリズムの少なくとも１つの断面が三角形の一
部を切り欠かれた形状であることを特徴とするレーザ装
置。
【請求項１５】請求項７〜１４のいずれか１項に記載
のレーザ装置において、前記緩衝部が固定部と一体成形
されており、前記固定部はねじなどの固定手段を有して
おり、前記支持体は、前記固定手段が前記支持体に挿入
して取り付けられる部分に、前記固定手段の当該外形寸
法よりも大きい孔を有していることを特徴とするレーザ
装置。
【請求項１６】請求項１３〜１５のいずれか１項に記
載のレーザ装置において、前記第１反射体と前記回折格
子との間の距離が可変にできるように、前記第１反射体
が、前記回折格子から前記第１反射体への出射光の光軸
に沿う直線方向への移動を可能にする移動機構を具えて
いることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１７】請求項１３〜１６のいずれか１項に記
載のレーザ装置において、前記回折格子はその入射パル
ス光に対する角度を、前記レーザ発振器から出力される
パルス光の波長を指標として変化させることができる構
造になっていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１８】請求項１３〜１７のいずれか１項に記
載のレーザ装置において、前記群速度分散制御部が電気
的手段により入射光に対して回折格子と同じ作用を施す
素子を用いたものであることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１９】請求項１６〜１８のいずれか１項に記
載のレーザ装置において、前記レーザ発振器、群速度分
散制御部および伝送部を構成する部品の前記支持体に接
続される側に位置決め用の凸部または凹部が設けられて
おり、これら凸部または凹部が組み合わされる凹部また
は凸部を、前記支持体の所定の位置に形成してあること
を特徴とするレーザ装置。
【請求項２０】請求項１８または１９に記載のレーザ
装置において、前記電気的手段により入射光に対して回
折格子と同じ作用を施す素子が音響光学素子であること
を特徴とするレーザ装置。
【請求項２１】請求項１８〜２０のいずれか１項に記
載のレーザ装置において、前記群速度分散制御部が、音
響光学素子と少なくとも２枚の反射板とを有し、前記音
響光学素子に入射した入射光は、前記音響光学素子を透
過した後、前記２枚の反射板のうちの一方の反射板であ
る第１の反射板に進んでそこで反射され、前記音響光学
素子を透過して前記２枚の反射板のうちの他方の反射板
である第２の反射板に進んでそこで反射され、前記の入
射光の光路を逆方向に進行して前記音響光学素子から前
記第１の反射板、前記音響光学素子へと進行して、前記
音響光学素子に入射したときと同じ光路を入射したとき
とは逆方向に出射するように前記音響光学素子と少なく
とも２枚の反射板とが配置されており、前記音響光学素
子は、入射光を透過させることができるとともに該透過
する入射光に対して音響光学効果を及ぼして入射光を分
光することができることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２２】請求項１８〜２１のいずれか１項に記
載のレーザ装置において、前記群速度分散制御部に入射
した光と前記前記群速度分散制御部から出射する光が空
間的に異なる位置を通ることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２３】請求項１９〜２２のいずれか１項に記
載のレーザ装置において、前記レーザ発振器におけるレ
ーザビームの前記支持体表面からの高さが１８ｍｍ以下
であることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２４】請求項２３に記載のレーザ装置におい
て、前記光路の少なくとも一部が前記支持体に形成され
た凹部内にあるとを特徴とするレーザ装置。
【請求項２５】請求項２１〜２４のいずれか１項に記
載のレーザ装置において、前記光ファイバの出力側端部
近傍の長さ１ｍｍ以上の部分のコア直径が漸増した構造
になっていることを特徴とするレーザ装置。