JP2004071583A

JP2004071583A - Laser equipment

Info

Publication number: JP2004071583A
Application number: JP19779999A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Mogi; 茂木　哲哉; Masafumi Okuno; 奥野　雅史; Akira Watabe; 渡部　明; Yuichi Tanaka; 田中　佑一
Original assignee: Oyokoden Lab Co Ltd
Current assignee: Oyokoden Lab Co Ltd
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2004-03-04
Also published as: JP4442791B2; WO2001005003A1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide laser equipment which is capable of transmitting generated ultrashort laser pulses through an optical fiber without causing a trouble such as the spread of the laser pulses and reducing a load for the adjustment of an optical axis. <P>SOLUTION: A laser oscillator 10, a group velocity dispersion controller 12, and a transmitter 14 are provided in the same case to compose the laser equipment. The laser oscillator 10 is used for generating laser pulses. The group velocity dispersion controller 12 is used for controlling the dispersion of the group velocity of laser pulses outputted from the laser oscillator 10. The transmitter 14 is composed of at least a collimator 80 and a single mode fiber 14a and used for transmitting the laser pulses whose group velocity dispersion is controlled by the group velocity dispersion controller 12. The laser oscillator 10, the group velocity dispersion controller 12, and one end of the single mode fiber 14a are fixed on a support plate 16. The oscillator 10 and the group velocity dispersion controller 12 are provided on front and rear surfaces of the support plate 16, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超短パルス光を生成する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。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で伝送させる必要がある。ところが、石英で構成された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、例えファイバ長を数メートルに限定したとしても、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る。上述のレーザ発振器および群速度分散制御装置は、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である。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される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、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５ミクロンの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、±１０μｒａｄ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。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、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レーザ装置の出現が望まれていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、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、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で構成している。さらに好ましい例を具体的に説明すると、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。さらに、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１つの支持板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。
【０００９】
このように、この発明のレーザ装置では、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支持板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と支持板とは、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。
【００１０】
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さらに具えていて、このコリメータにシングルモード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板上に固定されていると良い。
【００１１】
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、シングルモードファイバ中に導入される。
【００１２】
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、支持板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、アルミニウムのような加工がしやすく、錆びにくく安価な材料を用いる。
【００１３】
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、熱伝導性が悪い。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。
【００１４】
アルミニウムは軽量であると共に、熱伝導性が高いためである。熱伝導性が高いので、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、光路がずれない。
【００１５】
また、この発明のレーザ装置において、好ましくは、支持板の内部に、冷却水を流すための水路が設けられていると良い。
【００１６】
支持板自体の放熱作用が促進されて、支持板内部における熱の蓄積が抑制される。
【００１７】
また、支持板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。
【００１８】
筐体により覆われるので、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。
【００１９】
このとき、支持板が、緩衝材を介して筐体に結合しているのが好ましい。
【００２０】
このように構成することによって、適当な防振構造が得られ、光軸のずれが生じにくくなる。
【００２１】
また、この発明の実施に当たっては、緩衝材を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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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金属部品として、支持板と同じ金属が用いられていると良い。
【００２６】
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。
【００２７】
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、支持板の表裏にそれぞれ固定されていると良い。
【００２８】
レーザ発振器および群速度分散制御部を、このように支持板上に配置すれば、支持板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が少なくなる。たとえ、多少の温度不均一が残ったとしても、支持板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。
【００２９】
また、この発明のレーザ装置において、好ましくは、レーザ発振器から出力されたパルス光を、支持板に設けられた貫通孔に通して、群速度分散制御部に供給する構成にすると良い。
【００３０】
支持板の内部は、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、パルスの後端近くが赤方シフトした成分となり、パルスの前端近くが青方シフトした成分となる。このパルス光が伝送部に導入されるので、パルス光は伝送部における正の群速度分散を受けて、出力時にはパルス拡がりが小さくなる。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、この発明のレーザ装置の他の好適例によれば、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反射面の双方に垂直な面とを互いに垂直に配置することを特徴とする。
【００３８】
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。
【００３９】
また、この発明のレーザ装置の他の好適例によれば、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ルーフ型ミラーであって、第１反射体としてのルーフ型ミラーの反射面の双方に垂直な面と、第２反射体としてのルーフ型ミラーの反射面の双方に垂直な面とを互いに垂直に配置することを特徴とする。
【００４０】
このような構成によれば、パルス光をプリズムに通さなくて済む。つまり、群速度分散制御部内の余計な分散媒質を無くすことができる。
【００４１】
また、この発明のレーザ装置のさらに他の好適例によれば、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。
【００４２】
この結果、レーザ発振器および伝送部における擾乱が安定化する。
【００４３】
また、この発明のレーザ装置のさらに他の好適例によれば、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。
【００４４】
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、アライメントをやり直す必要がない。
【００４５】
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板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、支持板の所定の位置に形成してあると良い。
【００４６】
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、支持板側の凹部または凸部を設けた所定の位置に制限される。これら支持板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、それぞれ高い精度で形成できる。従って、部品側の凸部または凹部が支持板側の凹部または凸部に組み合わさるように、部品を支持板に置くのみで、部品を支持板の所定位置に高い精度で配置できる。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軽減できるので、所望の光学系を従来より簡易に形成できる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。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。
【００５０】
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。
【００５１】
【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。よって、この発明は、この実施の形態に何ら限定されることがない。
【００５２】
こ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。図１は、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。
【００５３】
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ある。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、コリメータ８０とシングルモードファイバ１４ａ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。
【００５４】
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、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１０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。
【００５５】
また、伝送部１４は、シングルモードファイバ（以下、ファイバと略称する。）１４ａ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。ファイバ１４ａ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、ファイバ１４ａ中に導入される。
【００５６】
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、部分的な熱膨張による光学ユニットの光軸ずれが低減する。
【００５７】
この例のレーザ装置は、長さ６５０ｍｍ、高さ５００ｍｍ、厚さ２００ｍｍであり、重量が５０Ｋｇ以下である。
【００５８】
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。
【００５９】
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。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。
【００６０】
上述したように、この実施の形態のレーザ装置の重量は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。
【００６１】
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。
【００６２】
また、一方の板２０にはファイバ１４ａを通すための孔が開けられている。ファイバ１４ａ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にファイバ１４ａ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、この部分でファイバ１４ａの脱着作業を行うことができる。
【００６３】
この例で用いられるファイバ１４ａは、コア径が５．３μｍであり、開口数ＮＡが０．１２である。
【００６４】
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２８を具えている。この励起光源２８は、支持板１６の上側（図２（Ａ）中の上側）に固定された状態で設置されている。
【００６５】
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、支持板と筐体との結合の様子を示す断面図である。
【００６６】
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が緩衝材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３２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。
【００６７】
尚、一例として、直径３０ｍｍ、高さ２２ｍｍ、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。
【００６８】
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。
【００６９】
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、後方は約２７度程度まで温度が上昇する。この温度差は、アルミ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２０ミクロンに達する。最大値で２０ミクロン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ミクロン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。
【００７０】
そこで、グリーンレーザ筐体と、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１０ミリのアルミの板を配置した。水冷はアルミ板内部に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。
【００７１】
一方、チタンサファイア共振器は、共振器の支持板の中心部に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、流量は毎分約６００ミリリットルである。
【００７２】
さらに、上記の支持板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共用している。
【００７３】
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渡り２４度程度、チタンサファイア共振器の表面温度が２３度程度となっている。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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５９０ｍｍ、高さが９０ｍｍである。
【００７８】
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。
【００７９】
また、レーザ発振器１０は、レーザ媒質として、Ｔｉ：Ａｌ_２　Ｏ_３　結晶４２を具えている。Ｔｉ：Ａｌ_２　Ｏ_３　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：Ａｌ_２　Ｏ_３　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。
【００８０】
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：Ａｌ_２　Ｏ_３　結晶４２が持つ群速度分散を補償している。
【００８１】
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。
【００８２】
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：Ａｌ_２　Ｏ_３　結晶４２に集光される。Ｔｉ：Ａｌ_２　Ｏ_３　結晶４２から出射した光は、凹面鏡５６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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
次に、図６を参照して群速度分散制御部１２の構成につき説明する。図６は、群速度分散制御部１２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。
【００９１】
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。
【００９２】
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６１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。
【００９３】
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（レッド）の光路が破線ｒにより示されており、短波長成分（ブルー）の光路が実線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。
【００９４】
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。
【００９５】
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７８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。
【００９６】
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。
【００９７】
なお、一方の直角プリズム６２の反射面の双方に垂直な面と、他方の直角プリズム６６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。
【００９８】
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６４、直角プリズム６２および回折格子６４の順に伝搬される。この帰りの光路は、行きの光路とずれているために、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、コリメータ８０に入射して、コリメータ８０に接続されたファイバ１４ａにより装置外部に伝送される。
【００９９】
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６４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。
【０１００】
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、ファイバ１４ａ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。
【０１０１】
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、１００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ファイバ１４ａにより伝送することができる。
【０１０２】
また、ファイバ１４ａ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、ファイバ１４ａ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、ファイバ１４ａから圧縮ユニット８２内に導入されると、ビーム径が１ミリ程度に広がり、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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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２０００００ｆｓ^２　の範囲で変化可能である。この値から接続可能なファイバ１４ａの長さを求めると、３．５ｍから５ｍとなる。この程度の長さのファイバ１４ａ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顕微鏡の光源として利用することは実用的に十分可能である。
【０１０５】
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い反射できるような移動が可能である。例えば、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考えられる。
【０１０６】
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へ反射光は回折格子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。
【０１０７】
なお、直角プリズム６２および６６の代わりに、ルーフ型ミラー（ルーフトップミラー）をそれぞれ用いても良い。ルーフ型ミラーは、２枚の平面鏡を、それらの反射面が直交するように組み合わせた形状のミラーである。このような二つのルーフ型ミラーを、直角プリズムの場合と同様に配置する。すなわち、一方のルーフ型ミラーの反射面の双方に垂直な面と、他方のルーフ型ミラーの反射面の双方に垂直な面とを互いに垂直に配置すれば良い。このようなミラーを用いれば、パルス光をプリズムに通さなくて済む。すなわち、群速度分散制御部１２内の余計な分散媒質を無くすことができる。
【０１０８】
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しても良い。
【０１０９】
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１２内部の群速度分散を、ファイバ１４ａの長さに合わせて調節することができる。従って、ファイバ１４ａを交換したときも、アライメントをやり直す必要がない。
【０１１０】
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、ファイバ１４ａ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、ファイバ１４ａから出力されるパルス幅が一定となる。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
図７は、位置決め機構の例を示す斜視図である。図７（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７（Ｂ）には、支持板１６の一方の主面が示されている。
【０１１５】
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１６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。
【０１１６】
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できるので、所望の光学系を従来より簡易に形成できる。
【０１１７】
また、レーザ発振器１０、群速度分散制御部１２および伝送部１４を構成する金属部品として、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。
【０１１８】
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もある。
【０１１９】
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１８ｍｍ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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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６５６ｍｍ、高さ５０８ｍｍ、幅２３４ｍｍで、重量が５０ｋｇ以下に小型化されている。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、これを第１段階とする。この第１段階では、共振器の支持板は、幅が２００ｍｍ、長さが５５０ｍｍ、厚さが６０ｍｍ以下の寸法になる。
【０１２２】
励起光源２８も、同様の手法により、幅が１００ｍｍ、長さが３９０ｍｍ、高さが９０ｍｍ以下の寸法になる。
【０１２３】
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、高さ４３０ｍｍ、幅１７０ｍｍ以下にすることができる。
【０１２４】
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、これを第２段階とする。この第２段階では、共振器は、幅が６０ｍｍ、長さが１０５ｍｍ、高さが４５ｍｍ以下の寸法になる。
【０１２５】
同様の技術により、励起光源２８は、幅が３０ｍｍ、長さが６０ｍｍ、高さが３０ｍｍ以下の寸法になる。
【０１２６】
従って、レーザ装置全体の寸法は、長さ２３０ｍｍ、高さ１７５ｍｍ、厚さ１５５ｍｍ以下にすることができる。
【０１２７】
【発明の効果】
この発明のレーザ装置によれば、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板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と支持板とは、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。
【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ある。
【図２】筐体の構成を示す図である。
【図３】支持板と筐体との結合の様子を示す図である。
【図４】支持板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】位置決め機構の例を示す図である。
【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：ファイバ
１６：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：Ａｌ_２　Ｏ_３　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
６４：回折格子
６８，７４，７６，７８：平面鏡
７０：凸面鏡
８０：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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser device that generates an ultrashort pulse light.
[0002]
[Prior art]
Generally, the output of a high-power solid-state laser is often output as it is as a beam in space. A beam of a mode-locked titanium sapphire laser that outputs a femtosecond optical pulse has been conventionally output to space as it is.
[0003]
However, in recent applications to microscope light sources and probe microscopes, it is necessary to transmit femtosecond optical pulses through optical fibers. However, since the inside of the fiber made of quartz has a positive group velocity dispersion, the long wavelength component of the optical pulse advances faster than the short wavelength component. For this reason, even if the fiber length is limited to several meters, the femtosecond pulse immediately spreads to a picosecond pulse.
[0004]
To solve this problem, before the light pulse enters the fiber, the light pulse is passed through a group velocity dispersion controller that has a negative group velocity dispersion whose absolute value is the same as the positive group velocity dispersion inside the fiber. Should be spread out. That is, the group velocity dispersion controller creates a state in which the long wavelength component is delayed with respect to the short wavelength component, and then introduces the pulsed light into the optical fiber. In this way, the pulse width can be returned to femtosecond near the end of the fiber.
[0005]
As described above, a conventional laser device that outputs ultrashort pulse light is configured by combining a laser oscillator, a group velocity dispersion control device, and an optical fiber. The laser oscillator and the group velocity dispersion controller described above are separate units provided in separate cases. Each unit including the optical fiber is arranged on an optical bench on a vibration isolation table, and a required optical system is realized by precisely adjusting the optical axis between these units.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional laser device, a large amount of time must be spent for adjusting the optical axis before using the laser device. In particular, at the connection between the group velocity dispersion controller and the optical fiber, it is necessary to couple the beam transmitted in space to a core having a diameter of about 5 microns. The difficulty of this optical axis adjustment is very high. That is, the required accuracy of the optical axis adjustment is ± 10 μrad or less. In other words, this angle range corresponds to ± 1 cm 1 km ahead. This is a value that easily moves due to a temperature change. If at least one portion of the apparatus requires such angular accuracy, the required accuracy for the entire apparatus results in this value. For this reason, in order to maintain the stability of the apparatus, it is indispensable to control the temperature of the entire room including the vibration isolation table.
[0007]
Therefore, there has been a demand for a laser device capable of transmitting generated ultrashort pulsed light through an optical fiber without a problem of pulse spreading and reducing the burden of optical axis adjustment.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, a laser device according to the present invention is a laser device including a laser oscillator, a group velocity dispersion control unit, and a transmission unit, and has a unique configuration as described below. That is, a laser oscillator, a group velocity dispersion control unit that controls group velocity dispersion of light output from the laser oscillator, and a part of a transmission unit that transmits light output from the group velocity dispersion control unit have the same casing. It is composed of a small and portable new laser device housed in a portable device. To describe a more preferable example, the laser oscillator generates pulsed light. In the present invention, the group velocity dispersion control unit controls the group velocity dispersion of the pulse light output from the laser oscillator. The transmission unit includes at least a collimator and a single mode fiber, and transmits the pulse light whose group velocity dispersion is controlled by the group velocity dispersion control unit. Further, the laser oscillator, the group velocity dispersion control unit, and one end of the transmission unit are fixed on one support plate provided inside the housing. The non-fixed portion of the transmission section is led out of the housing.
[0009]
As described above, in the laser device of the present invention, the laser oscillator, the group velocity dispersion control unit, and one end of the transmission unit are fixed on the common support plate. The optical axis adjustment between the respective optical units has already been completed. Each of these optical units and the support plate are housed in a common housing. Therefore, each optical unit is provided in a state of being integrated into one package (integrated). According to such an integrated structure, the temperature environment of each optical unit is shared. In addition, it is possible to save the trouble of arranging each optical unit on the optical bench and adjusting the optical axis. The user does not need to adjust the optical axis, and can use short pulse light without pulse spread immediately.
[0010]
In the laser device of the present invention, preferably, the transmission unit further includes a collimator, a single mode fiber is connected to the collimator, and the collimator is aligned with the optical axis of the group velocity dispersion control unit. It is good to be fixed on the support plate with.
[0011]
With such a configuration, the pulsed light output from the group velocity dispersion control unit is introduced into the single mode fiber via the collimator.
[0012]
In the laser device of the present invention, in each of the laser oscillator, the group velocity dispersion control unit, and the transmission unit, it is preferable that the positional relationship of each component does not change due to the influence of heat. It is preferable that the relative positional relationship between the transmission unit and the transmission unit is not changed by the influence of heat. As one of the methods, the material of the support plate is a material having a small coefficient of thermal expansion, for example, a material having a coefficient of thermal expansion of -0.09 × 10 such as Zerodur (trade name of Schott) ^-6 / ° C or less can be used. However, since Zerodur is a kind of glass, it is difficult to process and the price is high. Therefore, as another method, an inexpensive material, such as aluminum, which is easy to process, does not easily rust, is used.
[0013]
On the other hand, stainless steel has a smaller coefficient of thermal expansion and less rust than aluminum, but has poor thermal conductivity. Since the characteristics of the stainless steel tend to cause uneven heat distribution, mechanical distortion is likely to occur throughout the stainless steel.
[0014]
This is because aluminum is lightweight and has high thermal conductivity. Due to the high thermal conductivity, the heat is easily spread over the whole, and there is no partial thermal expansion. Therefore, the optical path does not shift.
[0015]
In the laser device of the present invention, preferably, a water passage for flowing cooling water is preferably provided inside the support plate.
[0016]
The heat radiation action of the support plate itself is promoted, and heat accumulation inside the support plate is suppressed.
[0017]
Further, it is preferable that the support plate is provided inside the housing, and a non-fixed portion of the transmission unit is led out of the housing.
[0018]
Since it is covered by the housing, the optical units such as the laser oscillator and the group velocity dispersion controller are protected from the outside.
[0019]
At this time, it is preferable that the support plate is connected to the housing via the cushioning material.
[0020]
With this configuration, an appropriate vibration-proof structure can be obtained, and the optical axis is less likely to shift.
[0021]
In practicing the present invention, it is preferable that the shock absorbing material is a vibration absorber made of a gel-like substance.
[0022]
Further, in the laser device of the present invention, preferably, the laser oscillator is a mode-locked solid-state laser, for example, a mode-locked titanium sapphire laser.
[0023]
Preferably, the laser device of the present invention further includes an excitation light source for supplying excitation light to the laser oscillator.
[0024]
For example, it is preferable that the pumping light source is a diode-pumped solid-state laser.
[0025]
Further, in the laser device of the present invention, preferably, the same metal as that of the support plate is used as the metal parts constituting the laser oscillator, the group velocity dispersion control unit, and the transmission unit.
[0026]
According to such a configuration, even when subjected to a thermal cycle, differences in thermal expansion between components do not accumulate. Therefore, the optical path does not shift.
[0027]
Further, in the laser device of the present invention, it is preferable that the laser oscillator and the group velocity dispersion controller are fixed to the front and back of the support plate.
[0028]
By arranging the laser oscillator and the group velocity dispersion controller on the support plate in this way, it is possible to reduce the size and weight of the support plate. In addition, the miniaturization reduces unevenness in temperature of the entire apparatus. Even if some temperature non-uniformity remains, the difference in the influence of heat on the front and back surfaces of the support plate is reduced, and the optical path is less likely to shift. Further, the miniaturization reduces the absolute value of expansion and contraction due to thermal expansion.
[0029]
Further, in the laser device of the present invention, it is preferable that the pulse light output from the laser oscillator is supplied to the group velocity dispersion control unit through a through hole provided in the support plate.
[0030]
Since the temperature inside the support plate is relatively constant and the influence of air turbulence is small, the light beam is stabilized.
[0031]
According to a preferred embodiment of the laser device of the present invention, it is preferable that the group velocity dispersion controller includes a diffraction grating, a first reflector, and a second reflector. The above-described diffraction grating diffracts each wavelength component of the pulsed light supplied from the laser oscillator in a direction corresponding to the wavelength. Further, the first reflector reflects the pulsed light incident through the diffraction grating in a direction parallel to the incident direction of the pulsed light and returns the reflected light to the diffraction grating. Further, the second reflector reflects the pulsed light incident through the first reflector and the diffraction grating in a direction parallel to the incident direction of the pulsed light and returns the reflected light to the diffraction grating.
[0032]
The pulse light supplied from the laser oscillator enters the diffraction grating. Each wavelength component of the pulse light is diffracted in a direction corresponding to the wavelength. Each wavelength component of the pulsed light is incident on the first reflector disposed at a predetermined position, and is reflected in a direction parallel to the incident direction, so that it is returned to the diffraction grating.
[0033]
Subsequently, the pulsed light is diffracted by the diffraction grating toward the second reflector. The second reflector reflects each wavelength component of the pulse light in a direction parallel to the incident direction. Therefore, the pulsed light is returned to the diffraction grating. Thereafter, the pulsed light travels along the optical path parallel to the outward path and propagates in the order of the diffraction grating, the first reflector, and the diffraction grating.
[0034]
Therefore, an optical path difference is generated between the wavelength components of the pulse light according to the distance between the diffraction grating and the first reflector. In this device, a long wavelength component propagates along a longer optical path than a short wavelength component. Therefore, when the pulsed light passes through the group velocity dispersion control unit, it receives negative group velocity dispersion, so that a component near the rear end of the pulse becomes a red-shifted component and a component near the front end of the pulse becomes a blue-shifted component. Since this pulsed light is introduced into the transmission unit, the pulsed light receives positive group velocity dispersion in the transmission unit, and the pulse spread becomes small at the time of output.
[0035]
According to a preferred embodiment of the laser device of the present invention, the first reflector enables movement in a linear direction along the optical axis so that the distance between the first reflector and the diffraction grating can be changed. It has a moving mechanism.
[0036]
Since such a moving mechanism is provided, the group velocity dispersion inside the group velocity dispersion control unit can be adjusted according to the length of the optical fiber constituting the transmission unit. Therefore, even when the optical fiber is replaced, there is no need to perform the alignment again.
[0037]
Further, according to another preferred embodiment of the laser device of the present invention, each of the first and second reflectors is a prism having two reflection surfaces perpendicular to each other, and the prism as the first reflector is used. A surface perpendicular to both of the reflection surfaces and a surface perpendicular to both of the reflection surfaces of the prism as the second reflector are arranged perpendicular to each other.
[0038]
With this configuration, the incident light path and the output light path of the pulse light are separated from each other. Therefore, it is not necessary to use a duplexer such as a beam splitter.
[0039]
According to another preferred embodiment of the laser device of the present invention, each of the first and second reflectors is a roof-type mirror having two reflection surfaces perpendicular to each other, and the first and second reflectors serve as the first reflector. A surface perpendicular to both the reflection surfaces of the roof-type mirror and a surface perpendicular to both the reflection surfaces of the roof-type mirror as the second reflector are arranged perpendicular to each other.
[0040]
According to such a configuration, it is not necessary to pass the pulse light through the prism. That is, an unnecessary dispersion medium in the group velocity dispersion control unit can be eliminated.
[0041]
According to still another preferred embodiment of the laser apparatus of the present invention, negative feedback is performed with respect to the control of the moving mechanism of the first reflector using the pulse width of the pulse light output from the transmission unit as an index.
[0042]
As a result, the disturbance in the laser oscillator and the transmission unit is stabilized.
[0043]
According to still another preferred embodiment of the laser device of the present invention, the angle of the diffraction grating with respect to the incident pulse light is changed using the wavelength of the pulse light output from the laser oscillator as an index.
[0044]
As described above, since the diffraction grating is rotated in accordance with the wavelength of the pulse light, there is no need to perform alignment again even if the wavelength of the pulse light changes.
[0045]
Further, in the laser device of the present invention, preferably, a convex portion or a concave portion for positioning is provided on the side connected to the support plate of the components constituting the laser oscillator, the group velocity dispersion control section and the transmission section, It is preferable that the concave portion or the convex portion in which the convex portion or the concave portion is combined is formed at a predetermined position on the support plate.
[0046]
According to this configuration, the position where the component including the optical element and the holder can be arranged is limited to a predetermined position provided with the concave portion or the convex portion on the support plate side. These concave portions or convex portions on the support plate side and convex portions or concave portions on the component side can be formed with high precision by making full use of current machining technology. Therefore, simply placing the component on the support plate such that the convex portion or concave portion on the component side is combined with the concave portion or convex portion on the support plate side allows the component to be arranged at a predetermined position on the support plate with high accuracy. If the optical element of the component is slightly deviated from the optical axis, this axis deviation can be corrected by an optical element fine movement mechanism generally provided in a holder constituting the component. Therefore, according to this configuration, the work of adjusting the axis of the optical element can be reduced as compared with the related art, so that a desired optical system can be formed more easily than before.
[0047]
In the laser device of the present invention, it is preferable that a compression unit using a semiconductor crystal having positive group velocity dispersion is further connected to an end of the non-fixed portion of the transmission unit.
[0048]
When pulse light of approximately femtoseconds is transmitted into the fiber constituting the transmission unit, a self-phase modulation effect occurs due to the intensity of the peak intensity. Due to this effect, the spectrum is narrowed and the pulse is spread. Since the magnitude of the self-phase modulation effect depends on the peak intensity of the pulse light, a sufficiently weak femtosecond pulse of about 1 milliwatt can be transmitted through a fiber. However, such a weak intensity is inappropriate from the aspect of application of the femtosecond pulse. It is necessary to transmit at least about 50 milliwatts.
[0049]
Therefore, in the present invention, a compression unit is used together with the group velocity dispersion control unit. As described above, the group velocity dispersion control unit extends a light pulse of, for example, about 100 femtoseconds to about 6 picoseconds by giving a negative group velocity dispersion to the light pulse. With such a pulse width, an optical pulse of several hundred milliwatts can be transmitted ignoring the self-phase modulation effect. However, the pulse width is about 3 picoseconds even at the fiber output end, and has not returned to femtoseconds. Therefore, the pulse width is compressed at once from the picosecond to the femtosecond at the fiber end by the above-mentioned compression unit.
[0050]
This compression unit is made of a semiconductor crystal, and utilizes a steep positive dispersion curve at the band gap end of the crystal. Femtosecond pulsed light with a large average intensity cannot be transmitted by fiber alone. However, as described above, the group width dispersion control unit widens the pulse width to picoseconds, transmits the signal while maintaining the average intensity by the transmission unit, and finally compresses the pulse width using the compression unit, so that femto Fiber transmission of the second pulse light becomes possible.
[0051]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the drawings merely schematically show the shapes, sizes and arrangement relations so that the present invention can be understood. The conditions and materials such as numerical values described below are merely examples. Therefore, the present invention is not limited to this embodiment.
[0052]
A laser device according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a laser device according to an embodiment. FIG. 1A shows the laser device viewed from above, and FIG. 1B shows the laser device viewed from the side (left side of FIG. 1A).
[0053]
This laser device mainly includes a laser oscillator 10, a group velocity dispersion control unit 12, and a transmission unit 14. The laser oscillator 10 is an optical unit that generates pulse light. The group velocity dispersion control unit 12 is an optical unit that controls the group velocity dispersion of the pulse light output from the laser oscillator 10. The transmission unit 14 is an optical unit that includes a collimator 80 and a single mode fiber 14a, and that transmits pulsed light whose group velocity dispersion is controlled by the group velocity dispersion control unit 12.
[0054]
Further, in the laser device of this embodiment, the laser oscillator 10, the group velocity dispersion control unit 12, and one end of the transmission unit 14 are fixed on one support plate 16. The support plate 16 is an aluminum (aluminum 5052) plate having a thickness of about 5 cm. A laser oscillator 10 and a group velocity dispersion controller 12 are provided on each of the front side and the back side of the support plate 16. That is, the laser oscillator 10 and the group velocity dispersion control unit 12 are installed to face each other with the support plate 16 interposed therebetween.
[0055]
The transmission unit 14 includes a single mode fiber (hereinafter abbreviated as fiber) 14a and a collimator 80 connected to an end thereof. The fiber 14a and the collimator 80 are connected to each other with their relative positions adjusted with sufficiently high accuracy. One end of the transmission unit 14, that is, the collimator 80, is aligned with the optical axis of the group velocity dispersion control unit 12, for example, to adjust the optical axis angle accuracy to ± 10 μrad or less and the optical axis position accuracy to ± 10 μm or less. In the centered state, it is fixed on the surface of the support plate 16 on the group velocity dispersion control 12 side. Therefore, the pulsed light output from the group velocity dispersion controller 12 is introduced into the fiber 14a via the collimator 80.
[0056]
According to such a configuration, the size of the support plate 16 can be reduced as compared with the case where each optical unit is provided on one surface of the support plate 16. Therefore, the entire apparatus is also reduced in size and weight. Moreover, only one side of the support plate 16 is not affected by the heat emitted from the optical unit, and the optical axis shift of the optical unit due to partial thermal expansion is reduced.
[0057]
The laser device of this example has a length of 650 mm, a height of 500 mm, a thickness of 200 mm, and a weight of 50 kg or less.
[0058]
As described above, the laser device according to the present embodiment is provided in a state of being assembled on one support plate 16. Also, the optical axis of each optical unit is provided in an already adjusted state. Therefore, the user does not need to perform complicated alignment work, and can immediately use the desired pulse light.
[0059]
The configuration of the laser device will be described in more detail. The laser device main body of this embodiment is housed in an appropriate housing, so that it is easy to carry. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the housing. FIG. 2A is a side view, and FIG. 2B is a front view. FIG. 2A shows the support plate 16 on the side of the group velocity dispersion control unit 12.
[0060]
As described above, the weight of the laser device of this embodiment is 50 kg. With such a weight, it is necessary to consider the safety of transportation and the distortion of the housing due to the weight. Therefore, as shown in FIG. 2 (A), the casing 18 is composed of two plates 20 and 22 which are opposed to each other in parallel, and which are connected to each other by four thick aluminum pipes 24. Used. The outer diameter of the pipe 24 is about 30 mm. By adopting such a structure, strength against distortion is secured. The pipe 24 is provided with a suitable anti-slip process, for example, a groove process as shown in the figure in consideration of gripping by hand. The support plate 16 provided with the optical unit is accommodated between the pipes 24. As shown in FIG. 2B, the support plate 16 is provided so that the main surface (the surface on which the optical unit is provided) extends in the vertical direction in FIG. 2B.
[0061]
Further, the support plate 16 including the optical unit is covered by the exterior plate 26. The laser device of this embodiment is alignment-free.
[0062]
Also, one plate 20 is provided with a hole for passing the fiber 14a. The unfixed portion of the fiber 14a is led out of the housing 18 through this hole. Alternatively, if a connector capable of connecting the fiber 14a is provided on the plate 20 and the light output from the group velocity dispersion controller 12 is transmitted to this connector via the collimator 80, this portion can be used. The work of attaching and detaching the fiber 14a can be performed.
[0063]
The fiber 14a used in this example has a core diameter of 5.3 μm and a numerical aperture NA of 0.12.
[0064]
Further, the laser device of this embodiment includes an excitation light source 28 for supplying excitation light to the laser oscillator 10. The excitation light source 28 is installed in a state fixed above the support plate 16 (upper side in FIG. 2A).
[0065]
FIG. 3 shows a cross section of the cut surface including the support plate 16 taken along the line II in FIG. 2B. FIG. 3 is a cross-sectional view showing how the support plate and the housing are connected.
[0066]
A bridge plate 30 is provided below the support plate 16 (the lower side in FIG. 3), and both ends of the bridge plate 30 are connected to the plates 20 and 22, respectively. An appropriate number of vibration absorbers 32 made of, for example, a gel-like substance are provided on the bridge plate 30 as a cushioning material. The support plate 16 is connected to the housing via these vibration absorbers 32. Also, both the plates 20 and 22 facing the side surface of the support plate 16 are provided with an appropriate number of vibration absorbers 32. Therefore, the side of the support plate 16 is also connected to the housing via the vibration absorber 32. Further, an appropriate number of vibration absorbers are provided on the back side of the exterior plate 26 facing the main surface of the support plate 16. As described above, the support plate 16 is provided in the housing 18 with the vibration absorber 32 interposed therebetween, thereby realizing a predetermined vibration-proof structure. Therefore, there is no need to install it on an anti-vibration table.
[0067]
As an example, it is preferable to arrange a total of 12 vibration absorbers having a diameter of 30 mm, a height of 22 mm, and a resonance point of around 10 Hz under the support plate 16 and one each in front, rear, left and right.
[0068]
Next, the configuration of the support plate 16 will be described in more detail. FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the support plate 16. FIG. 4 shows the side where the group velocity dispersion control unit 12 is provided. An excitation light source 28 is provided above the support plate 16.
[0069]
As described above, the support plate 16 is made of aluminum (aluminum alloy may be used). Each optical element is installed in each of the portions 16a, 16b and 16c where the surface of the aluminum plate is excavated. These 16a, 16b and 16c are concave portions, and their shapes can realize weight reduction while maintaining strength. In order to keep the entire support plate 16 at a constant temperature, a hole through which cooling water passes is formed in the center of the plate as a water channel. A bendable hollow pipe 34 is connected to the hole, through which cooling water is supplied into the support plate 16. Here, a green laser described later, which is used as an excitation source, usually starts up in about 20 minutes. During normal operation, the temperature usually rises to about 29 degrees in front of the green laser housing and to about 27 degrees behind. This temperature difference causes thermal expansion of the aluminum, causing distortion of the housing. Considering the coefficient of thermal expansion of aluminum and the length of the green laser, the magnitude of the strain reaches a maximum of about 20 microns at a temperature difference of 2 ° C. The displacement of the housing, which is expected to be 20 microns at the maximum value, poses almost no problem when the green laser is a single unit. However, in order to keep the optical axis accuracy of the optical system including the green laser and a titanium sapphire laser described below at ± 10 μm or less, the temperature distribution of the housing of the green laser cannot be ignored.
[0070]
Therefore, an aluminum plate having a water cooling mechanism and having a thickness of 10 mm was arranged in an intermediate portion connecting the green laser housing and the titanium sapphire resonator. Water cooling was performed by forming four through holes in the aluminum plate and passing circulating cooling water through the holes. The cooling water temperature is about 23 degrees and the flow rate is about 600 milliliters per minute.
[0071]
On the other hand, in the titanium sapphire resonator, five through holes are formed in the center of the support plate of the resonator, and circulating water from another cooler is passed inside. The cooling water temperature is about 23 degrees and the flow rate is about 600 milliliters per minute.
[0072]
Further, a bypass is provided in the middle of the circulation of the support plate, and the cooling on the exhaust heat side of the Peltier element that cools the titanium sapphire crystal is shared.
[0073]
Due to this temperature measure, the surface temperature of the green laser and the titanium sapphire resonator is about 24 degrees over the entire surface of the green laser, and the surface temperature of the titanium sapphire resonator is about 23 degrees.
[0074]
Similarly, on the laser oscillator 10 side, each optical element is installed in the excavated portion of the support plate 16.
[0075]
The excitation light output from the excitation light source 28 is reflected by an excitation light introduction mirror 38 provided on the upper side surface of the support plate 16 and propagates to the laser oscillator 10 side.
[0076]
Next, an optical system of the laser device according to this embodiment will be described. First, the configuration of the laser oscillator 10 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the laser transmitter 10. As shown in FIG.
[0077]
This laser oscillator 10 is configured as a mode-locked titanium sapphire laser. The size of the laser oscillator 10 of this example is 320 mm in width, 590 mm in length, and 90 mm in height.
[0078]
For the laser oscillator 10, a diode-pumped solid-state green laser is used as the above-described pump light source. The diode inside the excitation light source 28 is driven by the driver 36. The excitation light source 28 outputs excitation light having a wavelength of 532 nm and an output of 3.5 W. This excitation light is sequentially reflected by the excitation light collecting mirrors 38 and 40 and transmitted to the laser oscillator 10.
[0079]
Further, the laser oscillator 10 uses Ti: Al as a laser medium. ₂ O ₃ Crystal 42 is provided. Ti: Al ₂ O ₃ Crystal 42 is sapphire doped with 0.15 weight percent titanium. Ti: Al ₂ O ₃ The emission spectrum of the crystal covers a wavelength range from 600 nm to 1100 nm. A thermal electric cooler (hereinafter abbreviated as TEC) such as a Peltier element is attached to the crystal 42, and the temperature is controlled to be constant. This T. E. FIG. C is T. E. FIG. It is controlled by the C driver 44.
[0080]
Further, four chirp mirrors 46a, 46b, 46c and 46d are provided in the laser oscillator 10, and these function as a part of the resonator. The chirp mirrors 46a to 46d constitute a general Z-shaped resonator. The light in the resonator is reflected seven times between these chirp mirrors 46a to 46d, and is output to the outside via an output mirror 48. Thus, by repeatedly reflecting light between the chirp mirrors 46a to 46d, Ti: Al ₂ O ₃ The group velocity dispersion of the crystal 42 is compensated.
[0081]
A terminating mirror 50 is provided at one end of the resonator of the laser oscillator 10. The terminal mirror 50 can be moved in the optical axis direction by a slider mechanism. This slider mechanism is driven by a solenoid 54 controlled by a starter 52. The starter 52 is operated by a manually operated switch. Then, the starter 52 operates the solenoid 54 to move the terminal mirror 50 minutely. As a result, FM modulation is caused in the resonator, and mode locking starts.
[0082]
Excitation light incident on the laser oscillator 10 passes through a wave plate (λ / 2 plate) 53 and is then converted to Ti: Al by an excitation light condensing lens 55. ₂ O ₃ The light is focused on the crystal 42. Ti: Al ₂ O ₃ Light emitted from crystal 42 is reflected by concave mirror 56 and transmitted to chirp mirror 46a. The light reflected by the chirp mirror 46a propagates in the order of the chirp mirror 46b, the terminal mirror 50, the chirp mirror 46b, the chirp mirror 46a, the concave mirror 56, the concave mirror 58, the chirp mirror 46d, the chirp mirror 46c, and the output mirror 48. The output mirror 48 outputs a light pulse of about 70 femtoseconds. The maximum output of the laser oscillator 10 is 450 mW.
[0083]
Further, the laser oscillator 10 constantly monitors the mode-locked state. If the mode-locked state stops, the laser oscillator 10 automatically drives the solenoid 54 as described above, that is, without manual operation, and Also, it has a function of starting mode synchronization.
[0084]
The following principle is used for monitoring the mode synchronization state.
[0085]
When the mode-locked oscillation occurs, the output light generates a pulse train that repeats at a frequency determined by the optical path length of the resonator. This repetition frequency is represented by c / (2L) (where c is the light speed and L is the resonator length). That is, in the case of a resonator length of 1.5 m (meter), the repetition frequency of the pulse train is 100 MHz (megahertz).
[0086]
On the other hand, when deviating from mode-locked oscillation, in most cases, a continuous oscillation state is set. Therefore, the output of the laser oscillator 10 is monitored by a photodetector, and it is determined whether a pulse-like repetitive signal of a predetermined frequency is output or a signal of a constant intensity is output. Then, it can be easily determined whether or not the laser is in the mode locked state. As such a photodetector, a photodiode 57 is provided inside the laser oscillator 10. The photodiode 57 receives the light transmitted through the concave mirror 56 described above. The signal received by the photodiode 57 is input to the starter 52. The starter 52 can monitor the mode locked state based on the reception signal of the photodiode 57.
[0087]
Specifically, the frequency of the signal received by the photodiode 57 is converted to about 1/10 by a counter. Then, the frequency-converted signal is guided to a charge pump circuit built in the starter 52. This charge pump circuit is an electronic circuit in which the output voltage increases when a repetitive signal is input, and decreases when no repetitive signal is input. The output state of this circuit is used as a trigger signal sent to the solenoid 54.
[0088]
To configure the laser oscillator 10 to be tunable, a birefringent filter is inserted after the laser medium in the resonator. The birefringent filter is a parallel plate formed of a birefringent medium, for example, quartz. The incident surface of the birefringent filter is provided such that the incident angle with respect to the laser beam becomes the Brewster angle. By rotating the birefringent filter with respect to the normal to the plane of incidence, the wavelength of the laser beam in the resonator can be selected.
[0089]
The pulse light output from the laser oscillator 10 is reflected by a mirror 60 provided on the laser oscillator 10 side of the support plate 16, passes through a through hole 61 opened from the front side to the back side of the support plate 16, and passes through the support plate 16. 16, that is, to the side opposite to the side where the laser oscillator 10 is provided, that is, to the group velocity dispersion control unit 12 side. As described above, since the support plate 16 includes the cooling mechanism, the temperature inside the support plate 16 is relatively constant. In addition, since the inside of the through hole 61 is less affected by air disturbance, the light beam is transmitted in a stable state.
[0090]
Next, the configuration of the group velocity dispersion control unit 12 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the group velocity dispersion control unit 12. The group velocity dispersion controller 12 includes a right-angle prism 62 as a first reflector, a diffraction grating (grating) 64, and a right-angle prism 66 as a second reflector. In FIG. 1, a light propagation path is indicated by a solid line b and a broken line r.
[0091]
The above-described diffraction grating 64 diffracts each wavelength component of the pulsed light supplied from the laser oscillator 10 in a direction corresponding to the wavelength. The right-angle prism 62 reflects the pulsed light incident through the diffraction grating 64 in a direction parallel to the incident direction of the pulsed light and returns the reflected light to the diffraction grating 64. Further, the right-angle prism 66 reflects the pulse light incident through the right-angle prism 62 and the diffraction grating 64 in a direction parallel to the incident direction of the pulse light and returns the reflected light to the diffraction grating 64. Each of the right-angle prisms 62 and 66 has two reflecting surfaces perpendicular to each other.
[0092]
As described above, the pulse light sent from the laser oscillator 10 is input to the group velocity dispersion controller 12 through the through-hole 61 provided in the support plate 16. The input pulse light is reflected in the order of the plane mirror 68, the convex mirror 70, the concave mirror 72, the plane mirror 74, the plane mirror 76, and the plane mirror 78 provided in the group velocity dispersion control unit 12. Then, the pulse light reflected by the plane mirror 78 first enters the diffraction grating 64.
[0093]
The pulse light that has entered the diffraction grating 64 is separated into each wavelength component, and each wavelength component is diffracted in a direction corresponding to the wavelength. In FIG. 6, the optical path of the long wavelength component (red) is indicated by a broken line r, and the optical path of the short wavelength component (blue) is indicated by a solid line b. The long wavelength component has a larger diffraction angle than the short wavelength component, and after diffraction, the long wavelength component r and the short wavelength component b do not match.
[0094]
In this embodiment, the pitch of the diffraction grating 64 is 600 lines / mm. The size of the diffraction grating 64 is 30 mm in width and 30 mm in length.
[0095]
The pulse light diffracted by the diffraction grating 64 enters the right-angle prism 62 and is reflected. The pulse light is sequentially reflected by two reflection surfaces perpendicular to each other in the right-angle prism 62, and is parallel to the incident direction (the propagation direction when the pulse light diffracted by the diffraction grating 64 enters the right-angle prism 62). Reflected in different directions. The reflected pulse light enters the diffraction grating 64 again. The incident position of the pulse light is different from the position where the pulse light is first incident on the diffraction grating 64, and also differs according to the wavelength component. In the diffraction grating 64, each wavelength component of the pulse light is diffracted in the same direction as the incident direction (the propagation direction when the pulse light reflected by the plane mirror 78 enters the diffraction grating 64). Are parallel to each other. Then, each wavelength component enters the right-angle prism 66.
[0096]
The pulsed light is sequentially reflected on two reflection surfaces perpendicular to each other in the right-angle prism 66, and is reflected in a direction parallel to the incident direction. The reflected pulse light enters the diffraction grating 64 again.
[0097]
In addition, a surface perpendicular to both the reflection surfaces of the right-angle prism 62 and a surface perpendicular to both the reflection surfaces of the other right-angle prism 66 are arranged perpendicular to each other. In the illustrated example, a surface perpendicular to both of the reflection surfaces of the right-angle prism 62 is a surface parallel to the paper surface in FIG. The surface perpendicular to both of the reflection surfaces of the other right-angle prism 66 is a surface perpendicular to the paper surface in FIG.
[0098]
Therefore, in the right-angle prism 66, the pulse light is first reflected in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 6, and then reflected in a direction parallel to the paper surface of FIG. After that, the pulsed light propagates along the first optical path propagated in the order of the plane mirror 78, the diffraction grating 64, the right-angle prism 62, the diffraction grating 64, and the right-angle prism 66, and another parallel optical path. That is, the pulse light propagates in the order of the diffraction grating 64, the right-angle prism 62, and the diffraction grating 64. Since the return light path is deviated from the forward light path, the pulse light travels straight without being incident on the plane mirror 78. The pulse light is output from the group velocity dispersion control unit 12, enters the collimator 80, and is transmitted to the outside of the device by the fiber 14a connected to the collimator 80.
[0099]
In this embodiment, the right-angle prism 62 includes a moving mechanism that enables the linear prism 62 to move in a linear direction along the optical axis so that the distance between the right-angle prism 62 and the diffraction grating 64 can be changed. I have. Because of this moving mechanism, the right-angle prism 62 can perform linear movement while keeping the incident direction of the pulse light on the right-angle prism 62 constant. That is, the right-angle prism 62 can move in the direction a shown in FIG. When the right-angle prism 62 is moved, the distance between the right-angle prism 62 and the diffraction grating 64 changes, so that the optical path difference between the wavelength components of the pulse light can be changed.
[0100]
With the configuration as described above, in the group velocity dispersion control unit 12, the long wavelength component r propagates along a longer optical path than the short wavelength component b. Therefore, at the time of input to the fiber 14a, an optical path difference occurs between the wavelength components of the pulsed light according to the distance between the diffraction grating 64 and the right-angle prism 62.
[0101]
As described above, the group velocity dispersion control unit 12 gives negative group velocity dispersion to the pulse light. According to the group velocity dispersion control unit 12 of this embodiment, for example, the pulse width of the pulse light of about 100 femtoseconds can be extended to about 6 picoseconds. The output of the pulse light at the time of passing through the diffraction grating 64 is 110 mW. However, if the pulse width is as described above, the pulse light of several hundred milliwatts is transmitted by the fiber 14a ignoring the self-phase modulation effect. can do.
[0102]
A compression unit 82 is connected to the output end (end of the non-fixed portion) of the fiber 14a. The compression unit 82 is made of a semiconductor crystal having a positive group velocity dispersion. Such crystals include, for example, ZnSe and CaSe. The compression unit 82 compresses an optical pulse width on the order of picoseconds to approximately femtoseconds using a steep positive dispersion curve at the band gap end of the semiconductor crystal. In this example, the pulse width of the pulse light at the output end of the fiber 14a is about 3 picoseconds. When the pulse light is introduced into the compression unit 82 from the fiber 14a, the beam diameter expands to about 1 mm, and is output to the outside after passing through the crystal a plurality of times. As a result, the pulse width of the pulse light is compressed to about 100 femtoseconds.
[0103]
As described above, the group velocity dispersion control unit 12 of the present embodiment employs an optical system in which a beam is spatially folded. For this reason, it can be constructed in a plane having a size of about 寸法 as compared with a conventional device using a prism pair or a diffraction grating pair.
[0104]
The right angle prism 62 can be slid by a distance of 60 mm. As a result, the group velocity dispersion of the group velocity dispersion controller 12 is 150,000 fs. ² Or 200,000 fs ² Can be changed within the range. If the length of the connectable fiber 14a is determined from this value, it will be 3.5 m to 5 m. Since the fiber 14a having such a length can be used, it is practically sufficiently possible to use the laser device of this embodiment as a light source for a microscope.
[0105]
Further, the right-angle prism 62 allows the light from the diffraction grating 64 to enter the right-angle prism 62 and parallelizes all the light with the light so that the distance between the right-angle prism 62 and the diffraction grating 64 can be changed. It is possible to move so as to be able to reflect in the direction of keeping. For example, regarding the movement of the right-angle prism 62, linear movement of the light having the center wavelength of the light emitted from the diffraction grating 64 in the direction of the optical axis can be considered.
[0106]
When the center wavelength changes by ± 50 nm, the angle of the light emitted from the diffraction grating 64 changes by ± 2 °, and the reflected light from the right-angle prism 62 to the diffraction grating 64 changes by ± 10 mm on the surface of the diffraction grating 64. . Therefore, the length of the diffraction grating 64 in the direction perpendicular to the direction of the groove is preferably 50 mm or more.
[0107]
Instead of the right angle prisms 62 and 66, a roof type mirror (roof top mirror) may be used. The roof type mirror is a mirror having a shape in which two plane mirrors are combined so that their reflection surfaces are orthogonal to each other. These two roof-type mirrors are arranged as in the case of the right-angle prism. That is, a surface perpendicular to both the reflection surfaces of one roof-type mirror and a surface perpendicular to both the reflection surfaces of the other roof-type mirror may be arranged perpendicular to each other. If such a mirror is used, the pulsed light need not pass through the prism. That is, an unnecessary dispersion medium in the group velocity dispersion control unit 12 can be eliminated.
[0108]
Further, a configuration may be adopted in which a corner cube reflector is used instead of the right-angle prism 62 and a plane mirror is used instead of the right-angle prism 66.
[0109]
The moving mechanism of the right-angle prism 62 is configured to be able to be electrically controlled from outside the apparatus. With this configuration, the group velocity dispersion inside the group velocity dispersion controller 12 can be adjusted according to the length of the fiber 14a. Therefore, even when the fiber 14a is replaced, there is no need to perform alignment again.
[0110]
Further, when the wavelength is variable or when the length of the connected fiber is changed, the pulse width of the pulse light output from the fiber 14a is detected for controlling the moving mechanism of the right-angle prism 62, and The difference between the detected pulse width and the target pulse width is calculated, and the moving amount of the right-angle prism 62 is negatively fed back to the moving mechanism of the right-angle prism 62. As a result, the pulse width output from the fiber 14a becomes constant.
[0111]
Further, the diffraction grating 64 is configured to be rotatable with respect to an axis parallel to the grating plane (an axis perpendicular to the plane of FIG. 6). The angle of the diffraction grating 64 with respect to the incident pulse light is changed using the wavelength of the pulse light output from the laser oscillator 10 as an index. That is, the diffraction grating 64 is rotated in accordance with the rotation angle of the birefringent medium constituting the wavelength variable mechanism in cooperation with the wavelength variable mechanism of the laser oscillator 10 described above. As described above, since the diffraction grating 64 is rotated in accordance with the wavelength of the pulse light, there is no need to perform alignment again even if the wavelength of the pulse light changes.
[0112]
As described above, the laser device of this embodiment is configured so that three functionally different units work together to function as one device. This laser device handles a laser beam propagating in space. A design or manufacturing contrivance for handling such a spatial beam will be described.
[0113]
In this embodiment, a positioning projection or a depression is provided on the side of the components constituting the laser oscillator 10, the group velocity dispersion control unit 12, and the transmission unit 14 connected to the support plate 16. A concave portion or a convex portion in which these convex portions or concave portions are combined is formed at a predetermined position on the support plate 16. Such a positioning mechanism is provided on both the optical unit and the support plate 16.
[0114]
FIG. 7 is a perspective view showing an example of the positioning mechanism. FIG. 7A shows the optical element holder 84 as viewed from below. FIG. 7B shows one main surface of the support plate 16.
[0115]
The optical element holder 84 is for holding an optical element constituting the above-described optical unit. On the lower side of the optical element holder 84, that is, on the side connected to the support plate 16, a positioning projection 86 is formed. On the other hand, at a predetermined position of the support plate 16, a concave portion 88 is formed in which the convex portion 86 of the optical element holder 84 fits. Therefore, the optical element can be arranged at a predetermined position on the support plate 16 by fitting the convex portion 86 of the optical element holder 84 into the concave portion 88 on the support plate 16. Thereafter, the optical element holder 84 may be fixed to the support plate 16 by a required means.
[0116]
With such a configuration, the optical element holder 84 is arranged at a predetermined position by providing the concave portion 88 of the support plate 16. The concave portion 88 of the support plate 16 and the convex portion 86 of the optical element holder 84 can be formed with high precision by utilizing current machining technology. Therefore, only by placing the optical element holder 84 on the support plate 16 such that the convex portion 86 of the optical element holder 84 is combined with the concave portion 88 of the support plate 16, the optical element is positioned at a predetermined position on the support plate 16 with high precision. Can be arranged with If the optical element is slightly deviated from the optical axis, this axis deviation can be corrected by the optical element fine movement mechanism that the optical element holder 84 generally has. Therefore, according to this configuration, the work of adjusting the axis of the optical element can be reduced as compared with the related art, so that a desired optical system can be formed more easily than before.
[0117]
Further, the same aluminum as the support plate 16 is used as metal parts constituting the laser oscillator 10, the group velocity dispersion control unit 12, and the transmission unit 14. As described above, when the thermal expansion coefficients of the components are the same, the difference in thermal expansion between the components does not accumulate even when subjected to a thermal cycle, and the optical path shift hardly occurs.
[0118]
However, depending on the parts used, if fine adjustment is required, use stainless steel etc. for the springs and rails where fine adjustment is required, and use brass etc. for mounting screws etc. where replacement is required. Sometimes.
[0119]
The height of the beam inside the laser device is unified to 18 mm except for a part of the group velocity dispersion control unit 12. This value is determined based on the standard number of JIS-Z8801 industrial standard as described below. That is, commercially available standard lenses and mirrors are frequently used in terms of availability and cost. This standard product is often one-half inch (12.7 mm) in size. Therefore, a value of 18 mm, which is the most appropriate for the above-mentioned dimensions, is selected as the height of the beam from the floor in consideration of the minimum thickness of the mechanical mechanism required for holding the optical element and its diameter. are doing.
[0120]
Next, the possibility of downsizing the laser device of this embodiment will be described. In the current titanium sapphire resonator described above, commercially available mirrors and lenses are frequently used in order to reduce the cost of parts. As described above, the diameter of such an optical element is often 1/2 inch. Therefore, if this diameter can be further reduced by half, the beam height can be further reduced from 18 mm. Further, the mechanical components required for mounting the optical element can be reduced in size.
[0121]
According to the present invention, the maximum dimensions of the length, height, and width of the housing are 656 mm in length, 508 mm in height, and 234 mm in width, and the current laser device is reduced in size to 50 kg or less. Further, as a miniaturized embodiment, the size of the block can be halved by using an optical element having a unique dimension, not limited to a commercially available standard product, and this is the first stage. In this first stage, the support plate of the resonator measures 200 mm in width, 550 mm in length and 60 mm or less in thickness.
[0122]
The excitation light source 28 has a width of 100 mm, a length of 390 mm, and a height of 90 mm or less by the same method.
[0123]
Therefore, the overall dimensions of the laser device can be 620 mm in length, 430 mm in height, and 170 mm or less in width, which are the maximum dimensions of the housing.
[0124]
Furthermore, the block size can be further reduced by increasing the packing density without reducing the size, and this is the second stage. In this second stage, the resonator measures 60 mm in width, 105 mm in length and 45 mm or less in height.
[0125]
With a similar technique, the excitation light source 28 has a width of 30 mm, a length of 60 mm, and a height of 30 mm or less.
[0126]
Therefore, the dimensions of the entire laser device can be 230 mm in length, 175 mm in height, and 155 mm or less in thickness.
[0127]
【The invention's effect】
According to the laser device of the present invention, the laser oscillator, the group velocity dispersion control unit, and one end of the transmission unit are fixed on the common support plate. The optical axis adjustment between the respective optical units has already been completed. Each of these optical units and the support plate are housed in a common housing. Therefore, each optical unit is provided in a state of being integrated into one package (integrated). According to such an integrated structure, the temperature environment of each optical unit is shared. In addition, it is possible to save the trouble of arranging each optical unit on the optical bench and adjusting the optical axis. The user does not need to adjust the optical axis, and can use short pulse light without pulse spread immediately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a laser device according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a housing.
FIG. 3 is a diagram showing a state of connection between a support plate and a housing.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a support plate.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a laser oscillator.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a group velocity dispersion control unit.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a positioning mechanism.
[Explanation of symbols]
10: Laser oscillator
12: Group velocity dispersion control unit
14: Transmission unit
14a: fiber
16: Support plate
16a, 16b, 16c: Excavated part
18: Housing
20, 22: board
24: Pipe
26: Exterior plate
28: Excitation light source
30: Crosslinked board
32: vibration absorber
34: Hollow pipe
36: Driver
38, 40: Excitation light introduction mirror
42: Ti: Al ₂ O ₃ crystal
44: T. E. FIG. C driver
46a, 46b, 46c, 46d: chirp mirror
48: Output mirror
50: Terminal mirror
52: Starter
53: Wave plate
54: Solenoid
55: Excitation light focusing lens
56, 58, 72: concave mirror
57: Photodiode
60: Mirror
61: Through hole
62, 66: right angle prism
64: diffraction grating
68, 74, 76, 78: plane mirror
70: convex mirror
80: Collimator
82: Compression unit
84: Optical element holder
86: convex
88: recess

Claims

A laser oscillator, a group velocity dispersion control unit that controls group velocity dispersion of light output from the laser oscillator, and a transmission unit that transmits light output from the group velocity dispersion control unit are housed in the same housing. A laser device characterized by the above-mentioned.

The laser device according to claim 1,
The laser oscillator generates pulsed light,
The group velocity dispersion control unit is for controlling the group velocity dispersion of the pulsed light output from the laser oscillator,
The transmission unit is configured by a single mode fiber, for transmitting the pulse light group velocity dispersion is controlled by the group velocity dispersion control unit,
The laser device, wherein the laser oscillator, the group velocity dispersion control unit, and one end of the transmission unit are fixed on one support plate.

The laser device according to claim 1 or 2,
The transmission unit further includes a collimator,
The single mode fiber is connected to the collimator,
The laser device, wherein the collimator is fixed on the support plate in a state where the collimator is aligned with the optical axis of the group velocity dispersion controller.

The laser device according to claim 2 or 3,
The laser device, wherein the support plate is formed of a material containing aluminum.

5. The laser device according to claim 2, wherein the support plate is provided inside a housing, and a non-fixed portion of the transmission unit is led out of the housing. 6. A laser device characterized by the above-mentioned.

The laser device according to claim 5,
The laser device, wherein the support plate is connected to the housing via a cushioning material.

The laser device according to any one of claims 1 to 6,
A laser device, wherein the laser oscillator is a mode-locked solid-state laser.

The laser device according to claim 7,
A laser device, wherein the mode-locked solid-state laser is a mode-locked titanium sapphire laser.

The laser device according to any one of claims 1 to 8,
A laser device further comprising an excitation light source for supplying excitation light to the laser oscillator.

The laser device according to claim 9,
A laser device wherein the pumping light source is a diode-pumped solid-state laser.

The laser device according to claim 1,
A laser device, wherein the same metal as that of the support plate is used as metal parts constituting the laser oscillator, the group velocity dispersion control unit, and the transmission unit.

The laser device according to any one of claims 1 to 11,
The laser device, wherein the laser oscillator and the group velocity dispersion controller are fixed to one surface and the other surface of the support plate, respectively.

The laser device according to claim 12,
A laser device, wherein the pulse light output from the laser oscillator is supplied to the group velocity dispersion control unit through a through hole provided in the support plate.

The laser device according to any one of claims 1 to 13,
The group velocity dispersion control unit includes a diffraction grating, a first reflector and a second reflector,
The diffraction grating is to diffract each wavelength component of the pulsed light supplied by the laser oscillator in a direction corresponding to the wavelength,
The first reflector reflects the pulsed light incident through the diffraction grating in a direction parallel to the incident direction of the pulsed light and returns the reflected light to the diffraction grating.
The second reflector reflects the pulse light incident through the first reflector and the diffraction grating in a direction parallel to the incident direction of the pulse light, and returns the reflected pulse light to the diffraction grating. Laser device.

The laser device according to claim 14,
The first reflector receives light from the diffraction grating incident on the first reflector so that the distance between the first reflector and the diffraction grating can be made variable, and all the light is incident on the first reflector. A laser device comprising a movement mechanism that enables movement such that reflection can be performed in a direction in which the laser beam is kept parallel to the laser device.

The laser device according to claim 15,
The first reflector is arranged so that the distance between the first reflector and the diffraction grating can be made variable, in a linear direction along the optical axis of light emitted from the diffraction grating to the first reflector. A laser device comprising a moving mechanism that enables movement.

The laser device according to claim 14,
Each of the first and second reflectors is a prism or a roof-type mirror having two reflection surfaces perpendicular to each other,
A surface perpendicular to both the prism or the roof-type mirror as the first reflector and a surface perpendicular to both the prism or the roof-mirror as the second reflector are perpendicular to each other. A laser device, wherein

The laser device according to claim 15 or 16,
A laser device, wherein a negative feedback is performed using the pulse width of the pulse light output from the transmission unit as an index for controlling the moving mechanism of the first reflector.

The laser device according to claim 14,
A laser device, wherein the angle of the diffraction grating with respect to the incident pulse light is changed using the wavelength of the pulse light output from the laser oscillator as an index.

The laser device according to any one of claims 2 to 19,
A convex portion or a concave portion for positioning is provided on a side of the component constituting the laser oscillator, the group velocity dispersion control portion and the transmission portion connected to the support plate, and a concave portion or a convex portion in which these convex portions or concave portions are combined. A laser device, wherein a portion is formed at a predetermined position on the support plate.

The laser device according to any one of claims 2 to 20,
A laser device, further comprising a compression unit using a semiconductor crystal having a positive group velocity dispersion, connected to an end of the transmission unit that is not connected to the support plate.

The laser device according to any one of claims 1 to 21,
A laser device, wherein the dimensions of the housing are 656 mm in length, 508 mm in height, 234 mm or less in width, and 50 kg or less in weight.

A drive mechanism having a light detection device for detecting a mode-locked oscillation state, and, when the mode-locked oscillation is stopped, moving at least one of the mirrors constituting the laser oscillator in response to the detection signal of the light detection device A laser device having a function of driving the laser beam to start mode-locked oscillation.