JP2009088137A - Negative dispersion mirror and mode-locked solid-state laser apparatus including the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative dispersion mirror which can generate large negative group-velocity dispersion and can be used as an output mirror of a solid-state laser apparatus. <P>SOLUTION: In a mirror 5 including a dielectric multilayer coating structure 7 formed on a substrate 6, the multilayer coating structure includes three or more mirror-function layer portions ML<SB>1</SB>, ML<SB>2</SB>, ..., each formed by a plurality of layers deposited one on another, and cavity layers C1, C2, ..., that are arranged between the two mirror-function layer portions, and causes light having a predetermined wavelength to resonate between the two mirror-function layer portions. Further, a dispersion value with respect to the light L having the predetermined wavelength is in the range of -600 fs<SP>2</SP>to -3000 fs<SP>2</SP>and a reflectance is in the range of 97 to 99.5%. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は負分散ミラーおよびその負分散ミラーを備えた固体レーザ装置に関し、特に小型で短パルス動作が可能なソリトン型のモード同期固体レーザ装置に関するものである。   The present invention relates to a negative dispersion mirror and a solid-state laser device including the negative dispersion mirror, and more particularly to a soliton type mode-locked solid-state laser device that is small and capable of short pulse operation.

従来、半導体レーザ(LD)を励起光源とし、希土類イオンあるいは遷移金属イオンを添加した固体レーザ媒質(レーザ結晶、セラミクス、ガラス)を用いた固体レーザ装置が活発に開発されてきている。その中でも、ピコ秒からフェムト秒領域のいわゆる短パルス光を発生する短パルスレーザ装置は、医療、バイオ、機械産業、計測など、多岐にわたる応用分野が模索、提案され、実証を経て、一部実用化されている。   Conventionally, solid-state laser devices using a solid-state laser medium (laser crystal, ceramics, glass) to which a semiconductor laser (LD) is used as an excitation light source and rare earth ions or transition metal ions are added have been actively developed. Among them, short pulse laser devices that generate so-called short pulse light in the picosecond to femtosecond range have been sought, proposed, verified, and practically used in a wide variety of application fields such as medicine, biotechnology, machinery industry, and measurement. It has become.

この種のレーザ装置は、モード同期と呼ばれる動作により短パルスを発生している。モード同期とは、簡単に言えば、レーザ発振の際、周波数領域で見ると多数の縦モードの位相が全て同期しており(相対位相差=0)、このため縦モード間のマルチモード干渉により、時間領域では極めて短いパルスとなる現象である。   This type of laser device generates a short pulse by an operation called mode synchronization. In simple terms, mode synchronization means that the phases of many longitudinal modes are all synchronized in the frequency domain during laser oscillation (relative phase difference = 0). This is a phenomenon that results in a very short pulse in the time domain.

特に、CW(連続発振)モード同期の一つの形態であるソリトン型モード同期では、レーザ共振器内の負の群速度分散と主にレーザ媒質での自己位相変調が組み合わさって、フェムト秒領域のパルス発生を可能としている。   In particular, in soliton mode locking, which is one form of CW (continuous oscillation) mode locking, the negative group velocity dispersion in the laser resonator and self-phase modulation mainly in the laser medium are combined, resulting in a femtosecond region. Pulse generation is possible.

このソリトン型モード同期を実現する固体レーザ装置は、基本的に、固体レーザ媒質、可飽和吸収ミラーおよび負群速度分散素子を共振器内に備えて構成される。なお、以下において、負群速度分散を単に負分散と称す場合もある。   The solid-state laser device that realizes the soliton mode locking basically includes a solid-state laser medium, a saturable absorption mirror, and a negative group velocity dispersion element in a resonator. In the following, the negative group velocity dispersion may be simply referred to as negative dispersion.

従来、負群速度分散素子としては、プリズム対、回折格子対、負分散ミラーなどの1つもしくは複数の組み合わせが用いられている。   Conventionally, as the negative group velocity dispersion element, one or a plurality of combinations such as a prism pair, a diffraction grating pair, and a negative dispersion mirror are used.

負分散ミラーとしては、長波長側の光と短波長側の光との侵入深さの違いを利用して負分散補償を行うチャープ型のミラーと、全反射ミラーと部分反射ミラー間での光の干渉を利用して負分散補償を行うGTI(Gires-Tournois干渉計)型のミラーとが挙げられる。   Negative dispersion mirrors include chirp-type mirrors that compensate for negative dispersion using the difference in penetration depth between long-wavelength light and short-wavelength light, and light between a total reflection mirror and a partial reflection mirror. And a GTI (Gires-Tournois interferometer) type mirror that compensates for negative dispersion by using the above interference.

チャープ型ミラーの典型例としては、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層と、相対的に低い屈折率を有する低屈折率層とが交互に積層されたミラーにおいて、高屈折率層の光学膜厚および低屈折率層の光学膜厚がそれぞれ積層方向に直線的に変化するように積層されているもの(例えば、非特許文献1参照)が挙げられる。   A typical example of a chirped mirror is a mirror in which a high refractive index layer having a relatively high refractive index and a low refractive index layer having a relatively low refractive index are alternately stacked. The optical film thickness and the optical film thickness of the low refractive index layer are laminated so as to change linearly in the lamination direction (for example, see Non-Patent Document 1).

一方GTI型ミラーは、誘電体多層膜の内部に共振構造を備えたことを特徴とするものであり(例えば、非特許文献2参照)、多層膜内部にキャビティ層を2層備えたダブルGTI構造のミラー(特許文献1参照)あるいはキャビティ層はないが共振構造を有するよう、多層膜を構成する各層の光学膜厚は何らかの規則に沿った変化をするように構成されているミラー(特許文献2)なども提案されている。   On the other hand, the GTI type mirror is characterized by having a resonance structure inside a dielectric multilayer film (see, for example, Non-Patent Document 2), and has a double GTI structure having two cavity layers inside the multilayer film. Mirrors (see Patent Document 1) or mirrors configured so that the optical film thickness of each layer constituting the multilayer film changes in accordance with some rules so as to have a resonant structure but no cavity layer (Patent Document 2) ) Etc. are also proposed.

また、特許文献3には、2種類以上の異なる屈折率層を交互に積層した誘電体多層膜スタックが2スタック以上積層され、各スタックの中心波長が異なるようにすることで2次のみならず、3次以上の分散補償を行うことを特徴とする誘電体多層膜が提案されており、特許文献4には、可視光帯域における反射率が95%以上であり、最外膜の屈折率が最外膜直下の膜の屈折率よりも低く、負群速度分散を生じさせるよう構成された多層膜ミラーが提案されている。   Further, in Patent Document 3, two or more dielectric multilayer film stacks in which two or more different refractive index layers are alternately stacked are stacked, and the center wavelength of each stack is made different so that not only the second order. A dielectric multilayer film characterized by performing third-order or higher dispersion compensation has been proposed. Patent Document 4 discloses that the reflectance in the visible light band is 95% or more, and the refractive index of the outermost film is A multilayer mirror that has a refractive index lower than the refractive index of the film immediately below the outermost film and is configured to cause negative group velocity dispersion has been proposed.

さらに、モード同期固体レーザ装置の小型化のために、特許文献5においては、レーザ媒質、可飽和吸収体、あるいは出力ミラーにチャープミラーコーティングを備えることが提案されている。
特表2002−528906号公報 特表2002−523797号公報 特開平2−23302号公報 特開2000−138407号公報 特開平11-168252号公報 R. Szipoecs他、Optics Letters, Vol.19, 201(1994) IEEE Transaction on Quantum Electronics, vol. 22, no.1 (1986) pp. 182-185
Furthermore, in order to reduce the size of the mode-locked solid-state laser device, Patent Document 5 proposes to provide a chirped mirror coating on the laser medium, the saturable absorber, or the output mirror.
Special Table 2002-528906 JP-T-2002-523797 Japanese Patent Laid-Open No. 2-23302 JP 2000-138407 A JP-A-11-168252 R. Szipoecs et al., Optics Letters, Vol. 19, 201 (1994) IEEE Transaction on Quantum Electronics, vol. 22, no.1 (1986) pp. 182-185

本発明者らは、ソリトン型のモード同期固体レーザ装置の小型化を図るに当たり、従来よりも大きな負の分散量を補償することができ、かつ出力ミラーとしての反射率を有する負分散ミラーが必要であることを見いだした。   In order to reduce the size of a soliton mode-locked solid-state laser device, the present inventors need a negative dispersion mirror that can compensate for a larger amount of negative dispersion than the conventional one and has a reflectivity as an output mirror. I found out.

しかしながら、従来例の負分散ミラーの負分散量は−数十〜数百fs2程度であり、必要に応じて共振器内に複数のミラーを備える必要があった。 However, the negative dispersion amount of the conventional negative dispersion mirror is about several tens to several hundreds fs 2 , and it is necessary to provide a plurality of mirrors in the resonator as necessary.

また、特許文献5においては、出力ミラーに負分散機能を持たせるものが提案されているが、特許文献5では、出力ミラーとして用いる場合の光透過率、負分散量などについての具体的な記載がされておらず、また、ミラーを構成する膜について具体的な記載がない。特許文献4においても、出力ミラーに誘電体多層膜を設けることによって周波数チャープ補償ができる旨の記載があるが、具体的な実施例として挙げられている多層膜の負分散量は非常に小さいため1素子のみでは十分な負分散が得られず、また、反射率は99.9%以上でほぼ100%のものであることから、ほとんど出力光が得られず、出力ミラーとしての機能が十分でない。   Patent Document 5 proposes an output mirror having a negative dispersion function. However, Patent Document 5 specifically describes light transmittance, negative dispersion amount, and the like when used as an output mirror. There is no specific description of the film constituting the mirror. Patent Document 4 also describes that frequency chirp compensation can be achieved by providing a dielectric multilayer film on the output mirror, but the negative dispersion amount of the multilayer film cited as a specific example is very small. With only one element, sufficient negative dispersion cannot be obtained, and since the reflectivity is 99.9% or more and almost 100%, almost no output light can be obtained and the function as an output mirror is not sufficient.

本発明は、上記事情に鑑みて、大きな負群速度分散を生じさせることができ、かつ固体レーザ装置の出力ミラーとして利用可能な負分散ミラーを提供することを目的とする。また、本発明は、小型かつ低コストで、安定性の高い、フェムト秒領域のCWモード同期を実現できるモード同期固体レーザ装置を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a negative dispersion mirror that can cause large negative group velocity dispersion and can be used as an output mirror of a solid-state laser device. It is another object of the present invention to provide a mode-locked solid-state laser device that can realize CW mode synchronization in the femtosecond region with a small size, low cost, and high stability.

本発明の負分散ミラーは、基板上に誘電体多層膜構造を有するミラーであって、
前記多層膜構造が、それぞれ複数の層が積層されてなる3つ以上のミラー機能層部、および各ミラー機能層部間に挟まれて配されて該挟まれたミラー機能層部間で所定の波長の光の共振を生じさせるキャビティ層から構成され、
前記キャビティ層が、前記多層膜構造中の全体に亘って互いに所定の間隔で前記ミラー機能層部を介在させて配置されており、
前記所定の波長の光に対して、分散量が−600fs2〜−3000fs2であり、かつ、反射率が97%〜99.5%であることを特徴とするものである。
The negative dispersion mirror of the present invention is a mirror having a dielectric multilayer structure on a substrate,
The multilayer structure has three or more mirror function layer portions each formed by laminating a plurality of layers, and is disposed between each mirror function layer portion. Consists of a cavity layer that causes resonance of light of a wavelength,
The cavity layer is arranged with the mirror functional layer portion interposed at a predetermined interval throughout the multilayer film structure,
A dispersion amount is −600 fs 2 to −3000 fs 2 and a reflectance is 97% to 99.5% with respect to light of the predetermined wavelength.

すなわち、本発明の負分散ミラーは、少なくとも3つのミラー機能層部と、2つのキャビティ層とから構成されていることを特徴とする。   That is, the negative dispersion mirror of the present invention is characterized by comprising at least three mirror functional layer portions and two cavity layers.

「全体に亘って」とは、例えば、2つあるいは3つ以上のキャビティ層が、多層膜構造中の一部に互いに近接して配置されている形態、少なくとも、多層膜構造を構成する全層数のうち連続する半分の層領域に全てのキャビティ層が配置されているような場合を除く趣旨であり、基板側から最外層まで間に平均的に設けられていることを意味するものである。   “Overall” means, for example, a form in which two or three or more cavity layers are arranged close to each other in a part of the multilayer film structure, at least the entire layers constituting the multilayer film structure This means that all the cavity layers are arranged in a continuous half layer region of the number, and that it is provided on average between the substrate side and the outermost layer. .

キャビティ層が3つ以上ある場合には、前記所定の間隔は、複数のキャビティ層間でほぼ等間隔であることが好ましい。このほぼ等間隔とは、キャビティ層間の間隔の平均値±35%以内をいうものとする。   When there are three or more cavity layers, the predetermined interval is preferably substantially equal between the plurality of cavity layers. This substantially equal interval means within an average value ± 35% of the interval between the cavity layers.

またここで、分散量が−600fs2〜−3000fs2であるとは、−600fs2以上、−3000fs2以下の範囲内の所定の値であることを意味し、同様に反射率が97%〜99.5%であるとは、97%以上、99.5%以下の範囲内の所定の値であることを意味する。 Here, the dispersion amount of −600 fs 2 to −3000 fs 2 means a predetermined value within the range of −600 fs 2 or more and −3000 fs 2 or less, and the reflectance is 97% to 99.5% means a predetermined value within the range of 97% or more and 99.5% or less.

前記基板として凹面を有するものを用い、前記多層膜構造を該凹面に設けることが好ましい。   It is preferable that the substrate has a concave surface and the multilayer structure is provided on the concave surface.

前記所定の波長が10nm以上の帯域幅を有するものであること、すなわち、10nm以上の帯域幅に対して分散量が−600fs2〜−3000fs2の範囲の所定値、かつ、反射率が97%〜99.5%の範囲の所定値であることが望ましい。 Said predetermined wavelength and has a bandwidth of more than 10nm, that is, the predetermined value range dispersion amount of -600fs 2 ~-3000fs 2 against 10nm or more bandwidth and reflectivity of 97% A predetermined value in the range of ~ 99.5% is desirable.

前記所定の波長の中心波長は、所望の値に設定可能であるが、特に、1000nm〜1100nmの範囲、あるいは700nm〜900nmの範囲にあることが好ましい。   The center wavelength of the predetermined wavelength can be set to a desired value, but is preferably in the range of 1000 nm to 1100 nm, or in the range of 700 nm to 900 nm.

前記所定の波長の中心波長をλとしたとき、前記キャビティ層の光学膜厚が、λ/2以上の厚さであることが好ましい。さらに、光学膜厚は10λ程度までが好ましい。特には、2λ〜4λ程度の厚みであることが好ましい。   When the center wavelength of the predetermined wavelength is λ, the optical thickness of the cavity layer is preferably λ / 2 or more. Furthermore, the optical film thickness is preferably up to about 10λ. In particular, the thickness is preferably about 2λ-4λ.

前記所定の波長の中心波長をλとしたとき、前記ミラー機能層を構成する各層の光学膜厚が、λ/8以上かつλ/2未満の厚さであることが好ましい。   When the center wavelength of the predetermined wavelength is λ, the optical film thickness of each layer constituting the mirror functional layer is preferably λ / 8 or more and less than λ / 2.

前記ミラー機能層は、相対的に高い屈折率を有する層と、相対的に低い屈折率を有する層とが交互に5層以上積層されてなるものであることが好ましい。   The mirror functional layer is preferably formed by alternately stacking five or more layers having a relatively high refractive index and layers having a relatively low refractive index.

前記キャビティ層を、前記高い屈折率を有する層、あるいは前記低い屈折率を有する層と同一の材料で構成することが好ましい。   The cavity layer is preferably made of the same material as the layer having a high refractive index or the layer having a low refractive index.

前記高い屈折率を有する層は、例えば、Ti、Zr、Hf、Nb、Al、Zn、Y、Sc、La、Ce、PrまたはTaの酸化物、およびZnの硫化物から選ばれる1つ、または、これらの1つもしくは複数を含む混合物または化合物からなるものとすることができる。ここで、1つもしくは複数を含む混合物または化合物とは、先に列挙している酸化物、硫化物以外のものを含んでもよいが、ここに挙げた酸化物、硫化物の1つもしくは複数を主要成分として(全体の50重量%以上)含むものとする。   The layer having a high refractive index is, for example, one selected from an oxide of Ti, Zr, Hf, Nb, Al, Zn, Y, Sc, La, Ce, Pr or Ta, and a sulfide of Zn, or , Or a mixture or compound containing one or more of these. Here, the mixture or compound containing one or more may include ones other than the oxides and sulfides listed above, but one or more of the oxides and sulfides listed here may be included. It shall be included as a main component (more than 50% by weight of the total).

また、前記低い屈折率を有する層は、Siの酸化物、およびCa、Li、Mg、Na、Th、Al、Hf、La、YまたはZrのフッ化物から選ばれる1つ、または、これらの1つもしくは複数を含む混合物または化合物からなるものとすることができる。ここで、1つもしくは複数を含む混合物または化合物とは、先に列挙している酸化物、フッ化物以外のものを含んでもよいが、ここに挙げた酸化物、フッ化物の1つもしくは複数を主要成分として(全体の50重量%以上)含むものとする。   The layer having a low refractive index may be one selected from oxides of Si and fluorides of Ca, Li, Mg, Na, Th, Al, Hf, La, Y, or Zr, or one of these. It may consist of a mixture or compound containing one or more. Here, the mixture or compound containing one or more may include other than the oxides and fluorides listed above, but one or more of the oxides and fluorides listed here may be included. It shall be included as a main component (more than 50% by weight of the total).

本発明のモード同期固体レーザ装置は、共振器と、該共振器内に配置された固体レーザ媒質と、前記共振器内に配置されたモード同期素子とを備え、前記共振器の一端を構成する出力ミラーが、上述の本発明の負分散ミラーであることを特徴とするものである。ここで、上記「共振器内に配置された」とは、その素子自体が共振器の終端を構成している場合も含むものである。モード同期素子としては、半導体可飽和吸収ミラー(SESAM)、カーモード同期素子やカーボンナノチューブを用いた可飽和吸収ミラーなどを用いることができる、可飽和吸収ミラーにより共振器の一端を構成してもよい。   A mode-locked solid-state laser device of the present invention includes a resonator, a solid-state laser medium disposed in the resonator, and a mode-locked element disposed in the resonator, and constitutes one end of the resonator. The output mirror is the negative dispersion mirror of the present invention described above. Here, the phrase “arranged in the resonator” includes the case where the element itself constitutes the end of the resonator. As the mode-locking element, a semiconductor saturable absorption mirror (SESAM), a car-mode locking element, a saturable absorption mirror using a carbon nanotube, or the like can be used. Good.

本発明の光パルス分散補償装置は、本発明の負分散ミラーが少なくとも2つ、互いの多層膜構造が対向するように配置されてなることを特徴とするものである。ここで、「互いの多層膜構造が対向する」とは、一方の負分散ミラーの多層膜構造を備えた面に入射した光が、該面で反射し、他方の負分散ミラーの多層膜構造を備えた面に入射するように配置されていることを意味する。   The optical pulse dispersion compensator according to the present invention is characterized in that at least two negative dispersion mirrors according to the present invention are arranged so that their multilayer structures are opposed to each other. Here, “the multilayer film structure of each other is opposite” means that the light incident on the surface having the multilayer film structure of one negative dispersion mirror is reflected by the surface and the multilayer film structure of the other negative dispersion mirror It is arranged so as to be incident on a surface provided with.

本発明の非線形光学イメージ装置は、蛍光標識された被測定物質を含むサンプルに励起光を照射することにより前記サンプルから生じる蛍光を、前記サンプルに対して前記励起光の照射位置を相対的に2次元もしくは3次元に走査させつつ検出して2次元もしくは3次元イメージを取得する非線形光学イメージ装置であって、前記励起光を出力する光源として、本発明のモード同期固体レーザ装置を備えたことを特徴とするものである。   The nonlinear optical image device of the present invention is configured to emit fluorescence generated from the sample by irradiating the sample containing the fluorescently labeled substance to be measured with the excitation light irradiation position relative to the sample. A non-linear optical image device that acquires a two-dimensional or three-dimensional image by detecting while scanning in three dimensions or three dimensions, comprising the mode-locked solid-state laser device of the present invention as a light source that outputs the excitation light. It is a feature.

本発明のレーザ加工装置は、被加工物上にレーザ光を照射して該被加工物の加工を行うレーザ加工装置であって、前記レーザ光を出力する光源として、本発明のモード同期固体レーザ装置を備えたことを特徴とするものである。   The laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus for irradiating a workpiece with a laser beam to process the workpiece, and the mode-locked solid-state laser of the present invention is used as a light source for outputting the laser beam. A device is provided.

本発明の負分散ミラーは、所定の波長の光に対して、分散量が−600fs2〜−3000fs2であり、かつ、反射率が97%〜99.5%であることから、これをモード同期固体レーザ装置の共振器の一端を構成する出力ミラーとして好適に用いることができる。この負分散ミラーは、モード同期固体レーザ装置の構成に応じて分散量を−600fs2〜−3000fs2の範囲の任意の値に設計可能であり、分散量は従来の負分散ミラーと比較して非常に大きいものであることから、単体で十分な負分散補償が可能である。また、反射率を97%〜99.5%の範囲で任意の値に設計可能であり、3%〜0.5%の光を透過させるものであるため出力ミラーとして十分機能する。本発明の負分散ミラーを出力ミラーとして利用することにより、共振器内に1つまたは複数の負分散素子を備える必要がないため、モード同期固体レーザ装置を小型に構成することができる。 The negative dispersion mirror of the present invention has a dispersion amount of −600 fs 2 to −3000 fs 2 and a reflectance of 97% to 99.5% with respect to light of a predetermined wavelength. It can be suitably used as an output mirror constituting one end of the resonator of the laser device. The negative-dispersion mirror can be designed amount of dispersion in accordance with the configuration of the mode-locked solid-state laser device to an arbitrary value in the range of -600fs 2 ~-3000fs 2, the amount of dispersion in comparison to conventional negative dispersion mirror Since it is very large, it can sufficiently compensate for negative dispersion alone. Further, the reflectivity can be designed to an arbitrary value in the range of 97% to 99.5%, and it can function as an output mirror because it transmits 3% to 0.5% of light. By using the negative dispersion mirror of the present invention as an output mirror, it is not necessary to provide one or more negative dispersion elements in the resonator, so that the mode-locked solid-state laser device can be made compact.

また、本発明の負分散ミラーは、分散量の絶対値が非常に大きいものであることから、単なる負分散素子としても有効に用いることができる。   Further, the negative dispersion mirror of the present invention has a very large absolute value of the amount of dispersion, and therefore can be effectively used as a simple negative dispersion element.

キャビティ層が、高い屈折率を有する層、あるいは低い屈折率を有する層と同一の材料で構成されていれば、製造時における材料および工程数の増加を抑制しコストアップを防ぐことができる。   If the cavity layer is made of the same material as the layer having a high refractive index or the layer having a low refractive index, an increase in materials and the number of steps during manufacturing can be suppressed, and an increase in cost can be prevented.

本発明のモード同期固体レーザ装置は、共振器の一端を構成する出力ミラーとして本発明の負分散ミラーを備えたことにより、装置全体とし部品を大幅に低減し、小型化することができることから、低コストに構成することができると共に、レーザ出力の安定化を達成することができる。   Since the mode-locked solid-state laser device of the present invention includes the negative dispersion mirror of the present invention as an output mirror that constitutes one end of the resonator, the entire device can be significantly reduced and downsized. It can be configured at a low cost, and stabilization of the laser output can be achieved.

本発明の光パルス分散補償装置は、本発明の負分散ミラーを用いることで、従来一般的に使用されている回折格子対による分散補償装置に対し、光路長を短くすることができロスを抑え低いパワー損失で分散補償を行うことができる。更に、回折格子対よりも大幅に小型化することも可能である。   By using the negative dispersion mirror of the present invention, the optical pulse dispersion compensator of the present invention can shorten the optical path length and suppress loss compared to the dispersion compensator using the diffraction grating pair generally used conventionally. Dispersion compensation can be performed with low power loss. Furthermore, the size can be significantly reduced as compared with the diffraction grating pair.

本発明の非線形光学イメージング装置は、本発明のモード同期固体レーザ装置を光源として備えていることから、全体構成を小型化することができ、かつ安定な励起光を得ることができるため、高い画像精度のイメージング画像の取得が可能である。   Since the nonlinear optical imaging apparatus of the present invention includes the mode-locked solid-state laser apparatus of the present invention as a light source, the overall configuration can be reduced in size and stable excitation light can be obtained. Accurate imaging images can be acquired.

本発明のレーザ加工装置は、発明のモード同期固体レーザ装置を光源として備えていることから、全体構成を小型化することができ、かつ安定なパルスレーザビームを得ることができるため、精度の高いレーザ加工を行うことができる。   Since the laser processing apparatus of the present invention includes the mode-locked solid-state laser apparatus of the present invention as a light source, the overall configuration can be reduced in size, and a stable pulse laser beam can be obtained. Laser processing can be performed.

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<負分散ミラー>
図1は、本発明の第1の実施形態の負分散ミラー1の構成を示す模式図である。
<Negative dispersion mirror>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a negative dispersion mirror 1 according to a first embodiment of the present invention.

本実施形態の負分散ミラー1は、ガラス基板3上に誘電体多層膜構造4を有するミラーであり、多層膜構造4が、それぞれ複数の層が積層されてなる3つ以上のミラー機能層部ML1,ML2,・・・MLm+1およびミラー機能層部間に挟まれて配されてこのミラー機能層部間で所定の波長の光Lの共振を生じさせるキャビティ層C1,C2,・・・Cから構成されている。本発明のミラーは、複数のキャビティ層が、多層膜構造中の全体に亘って互いに所定の間隔でミラー機能層部を介在させて配置されているものである。 The negative dispersion mirror 1 of the present embodiment is a mirror having a dielectric multilayer film structure 4 on a glass substrate 3, and the multilayer film structure 4 has three or more mirror functional layer portions each formed by laminating a plurality of layers. ML 1 , ML 2 ,... ML m + 1 and the cavity layers C 1 , C that are sandwiched between the mirror functional layer portions and cause resonance of the light L having a predetermined wavelength between the mirror functional layer portions. 2 ... C m . In the mirror of the present invention, a plurality of cavity layers are arranged with a mirror functional layer portion interposed at a predetermined interval throughout the multilayer film structure.

多層膜構造4の各層は、基板3側から、第1層、第2層・・・第(k−1)層、第k層、第(k+1)層、・・・n層の順で積層されており、第1層から第(k−1)層までがミラー機能層部ML1、第k層がキャビティ層C1、・・と基板側からミラー機能層部MLmキャビティ層Cmとが交互に積層されており、最も空気側にはミラー機能層部MLm+1が配置されている。最小の構造ではm=2であり、ミラー機能層部MLが3つ、キャビティ層が2つである。なお、mに上限は特になく、必要に応じてmの数は増減すればよい。 Each layer of the multilayer structure 4 is laminated from the substrate 3 side in the order of the first layer, the second layer, the (k-1) layer, the kth layer, the (k + 1) layer, the n layer. are, first from the first layer (k-1) is mirror function layer portion to layer ML 1, the k-th layer realizes the cavity layer C 1, · · and the substrate mirror function layer portion from the side ML m cavity layer C m Are alternately stacked, and the mirror function layer ML m + 1 is disposed on the most air side. In the minimum structure, m = 2, three mirror function layer portions ML, and two cavity layers. In addition, there is no upper limit in particular in m, and the number of m should just increase / decrease as needed.

キャビティ層は、多層膜構造4中の一部に互いに近接して配置されるものではなく、多層膜構造の全体に亘って均等な配置となるように設けられる。キャビティ層が3つ以上ある場合には、キャビティ層間の間隔が、キャビティ層間の間隔の平均値±35%以内のほぼ等間隔となるように配置されている。   The cavity layers are not arranged close to each other in a part of the multilayer film structure 4, but are provided so as to be evenly arranged over the entire multilayer film structure. In the case where there are three or more cavity layers, the gaps between the cavity layers are arranged so as to be substantially equal within an average value of ± 35% of the gaps between the cavity layers.

負分散ミラー1は、所定の波長の光Lに対して、分散量が−600fs2〜−3000fs2の範囲にあり、かつ、反射率が97%〜99.5%の範囲にある。ここで、所定の波長の光Lは10nm以上の帯域幅を有する、すなわち、ミラー1は、10nm以上の帯域幅の光に対して分散量が−600fs2〜−3000fs2の範囲の所定の値を示し、反射率が97%〜99.5%の範囲の所定の値を示すものであり、これらの範囲で任意に設定可能である。 The negative dispersion mirror 1 has a dispersion amount in the range of −600 fs 2 to −3000 fs 2 and a reflectance in the range of 97% to 99.5% with respect to the light L having a predetermined wavelength. Here, the light L of a predetermined wavelength has a bandwidth of more than 10nm, that is, the mirror 1 is a predetermined value range dispersion amount of -600fs 2 ~-3000fs 2 to light bandwidth than 10nm The reflectance shows a predetermined value in the range of 97% to 99.5%, and can be arbitrarily set within these ranges.

各ミラー機能層部ML1,ML2は、相対的に高い屈折率n1からなる高屈折率層と、相対的に低い屈折率n2(<n1)からなる低屈折率層とが交互に積層されて構成されており、各機能層部ML1,ML2はそれぞれ少なくとも高屈折率層と低屈折率層との合計が5層以上であることが好ましい。例えば、奇数層(第1層、第3層・・・)を高屈折率層、偶数層(第2層、第4層・・)を低屈折率層で構成すればよい。 Each of the mirror functional layer portions ML 1 and ML 2 is alternately composed of a high refractive index layer having a relatively high refractive index n 1 and a low refractive index layer having a relatively low refractive index n 2 (<n 1 ). It is preferable that each of the functional layer portions ML 1 and ML 2 has a total of at least five layers of at least a high refractive index layer and a low refractive index layer. For example, the odd layers (first layer, third layer,...) May be formed of a high refractive index layer, and even layers (second layer, fourth layer,...) May be formed of a low refractive index layer.

高屈折率層は、具体的には、Ti、Zr、Hf、Nb、Al、Zn、Y、Sc、La、Ce、PrまたはTaの酸化物、およびZnの硫化物から選ばれる1つ、または、これらの1つもしくは複数を含む混合物または化合物から構成することができる。   Specifically, the high refractive index layer is one selected from an oxide of Ti, Zr, Hf, Nb, Al, Zn, Y, Sc, La, Ce, Pr or Ta, and a sulfide of Zn, or Can be composed of mixtures or compounds containing one or more of these.

低屈折率層は、Siの酸化物、およびCa、Li、Mg、Na、Th、Al、Hf、La、YまたはZrのフッ化物から選ばれる1つ、または、これらの1つもしくは複数を含む混合物または化合物から構成することができる。   The low refractive index layer includes an oxide of Si, and one selected from Ca, Li, Mg, Na, Th, Al, Hf, La, Y, or Zr fluoride, or one or more thereof. It can consist of a mixture or a compound.

尤も、低屈折率層、高屈折率層は相対的に低いあるいは相対的に高い屈折率の誘電体から構成されていればよく、既知のいかなる材料を用いてもよい。   However, the low-refractive index layer and the high-refractive index layer may be made of a dielectric having a relatively low or relatively high refractive index, and any known material may be used.

一方、キャビティ層の屈折率は特に限定されるものではないが、ミラー機能層部を構成する高屈折率層または低屈折率層に用いられる材料を用いれば、他の材料を用意する必要がないためコスト、工程数の増加を抑えることができ好ましい。   On the other hand, the refractive index of the cavity layer is not particularly limited, but if the material used for the high refractive index layer or the low refractive index layer constituting the mirror functional layer portion is used, it is not necessary to prepare other materials. Therefore, the increase in cost and the number of processes can be suppressed, which is preferable.

所定の波長の中心波長λは、1000nm〜1100nmあるいは、700nm〜900nmの範囲の任意の波長で設定すればよく、その任意の波長λに応じて各層の光学膜厚は設定される。   The center wavelength λ of the predetermined wavelength may be set at an arbitrary wavelength in the range of 1000 nm to 1100 nm or 700 nm to 900 nm, and the optical film thickness of each layer is set according to the arbitrary wavelength λ.

キャビティ層は他の層と比較して一般に光学膜厚が大きく、ここでは、キャビティ層Cの光学膜厚は(λ/4)の2倍以上すなわちλ/2以上、好ましくは(λ/4)の4倍〜8倍である。ミラー機能層ML1,ML2を構成する各層の光学膜厚は、λ/4の1/2以上かつ2倍未満、すなわちλ/8以上かつλ/2未満とする。なお、光学膜厚は層の屈折率nと層の膜厚d(nm)の積n・dで表されるものである。 The cavity layer generally has a larger optical film thickness than the other layers. Here, the optical film thickness of the cavity layer C is at least twice (λ / 4), that is, λ / 2 or more, preferably (λ / 4). 4 times to 8 times. The optical film thickness of each layer constituting the mirror function layers ML 1 and ML 2 is set to be 1/2 or more and less than 2 times λ / 4, that is, λ / 8 or more and less than λ / 2. The optical film thickness is represented by the product n · d of the refractive index n of the layer and the film thickness d (nm) of the layer.

次に、具体的な層構成例を挙げる。図2A〜図13Aは、設計例1〜12についてそれぞれ所定の中心波長λに対する各層の光学膜厚を示すものであり、図2B〜図13Bはそれぞれ図2A〜図13Aに示した設計例1〜12の層構成で達成される反射率および負分散量を示すグラフである。設計例1〜10は中心波長λ=1045nmとして、設計例11および12は中心波長λ=800nmとして設計したものであり、いずれもシミュレーションにより得たものである。   Next, a specific layer configuration example will be given. FIGS. 2A to 13A show optical film thicknesses of the respective layers with respect to a predetermined center wavelength λ in the design examples 1 to 12, respectively, and FIGS. 2B to 13B show the design examples 1 to 1 shown in FIGS. 2A to 13A, respectively. It is a graph which shows the reflectance and negative dispersion amount which are achieved by 12 layer structure. Design examples 1 to 10 are designed with a center wavelength λ = 1045 nm, and design examples 11 and 12 are designed with a center wavelength λ = 800 nm, both obtained by simulation.

図2A〜図13Aにおいて、横軸は層番号を示し、縦軸はλ/4で規格化した光学膜厚(4nd/λ)を示している。最も基板側の層が第1層であり、最も空気側の層が第50層である。図2B〜図13Bの横軸は所定の光の波長(nm)であり、縦軸は反射率(%)および負分散量(fs2)を示している。 2A to 13A, the horizontal axis indicates the layer number, and the vertical axis indicates the optical film thickness (4nd / λ) normalized by λ / 4. The most substrate side layer is the first layer, and the most air side layer is the 50th layer. 2B to 13B, the horizontal axis represents the wavelength (nm) of the predetermined light, and the vertical axis represents the reflectance (%) and the negative dispersion amount (fs 2 ).

図2Aに示す設計例1の多層膜構造は、第1層から第10層がミラー機能層ML1、第11層がキャビティ層C1、第12層から第20層がミラー機能層ML2、第21層がキャビティ層C2、第22層から第30層がミラー機能層ML3、第31層がキャビティ層C3、第32層から第42層がミラー機能層ML4、第43層がキャビティ層C4、第44層から第50層がミラー機能層ML5をそれぞれ構成している。ミラー機能層を構成する層の数はそれぞれ、10層、9層、9層、11層、7層である。キャビティ間の間隔は9層、9層、11層であり平均9.6層であり、キャビティ層はほぼ等間隔に配置されている。 2A, the first to tenth layers are mirror functional layers ML 1 , the eleventh layer is a cavity layer C 1 , the twelfth to twentieth layers are mirror functional layers ML 2 , The 21st layer is the cavity layer C 2 , the 22nd to 30th layers are the mirror function layer ML 3 , the 31st layer is the cavity layer C 3 , the 32nd to 42nd layers are the mirror function layer ML 4 , and the 43rd layer is The cavity layer C 4 and the 44th to 50th layers respectively constitute the mirror function layer ML 5 . The number of layers constituting the mirror function layer is 10 layers, 9 layers, 9 layers, 11 layers, and 7 layers, respectively. The intervals between the cavities are 9 layers, 9 layers, and 11 layers, with an average of 9.6 layers, and the cavity layers are arranged at almost equal intervals.

図2Bは、図2Aで示した膜構成のミラーでは、1045nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=98.5%かつ負分散量=−1200fs2を満たす特性を有していることを示している。 2B has a characteristic that the mirror having the film configuration shown in FIG. 2A satisfies the reflectance = 98.5% and the negative dispersion amount−1200 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 1045 nm as the center wavelength. It is shown that.

図3Aに示す設計例2の多層膜構造は、ミラー機能層ML、キャビティ層Cを構成する層数は設計例1のものと同一であり、各キャビティ層の光学膜厚も設計例1のものとほぼ同じである。一方、ミラー機能層のうち、特に基板側のミラー機能層ML1およびML2を構成する各層の光学膜厚が設計例1のものとは異なっている。図3Bは、図3Aで示した膜構成のミラーでは、1045nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=98.5%かつ負分散量=−2500fs2を満たす特性を有していることを示している。 In the multilayer film structure of design example 2 shown in FIG. 3A, the number of layers constituting the mirror functional layer ML and the cavity layer C is the same as that of design example 1, and the optical film thickness of each cavity layer is that of design example 1. Is almost the same. On the other hand, the optical film thickness of each layer constituting the mirror functional layers ML 1 and ML 2 on the substrate side among the mirror functional layers is different from that of the design example 1. FIG. 3B shows that the mirror having the film configuration shown in FIG. 3A has characteristics satisfying reflectance = 98.5% and negative dispersion = −2500 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 1045 nm as the central wavelength. It is shown that.

設計例1と設計例2とでは層構造は類似しているが、1040nm〜1050nmの範囲において、負分散量が−1200fs2と−2500fs2と大きく異なる特性を得ている。 While in the Design Example 1 and Design Example 2 layers structure is similar, in the range of 1040Nm~1050nm, negative dispersion amount is obtained very different characteristics -1200Fs 2 and -2500Fs 2.

図4Aに示す設計例3の多層膜構造は、ミラー機能層ML、キャビティ層Cを構成する層数は設計例1のものと同一であり、各キャビティ層の光学膜厚も設計例1のものとほぼ同じである。一方、ミラー機能層のうち、特に基板側のミラー機能層ML1およびML2を構成する各層の光学膜厚が設計例1、2のものとは異なっている。図4Bは、図4Aで示した膜構成のミラーでは、1045nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=97.5%かつ負分散量=−2500fs2を満たす特性を有していることを示している。 In the multilayer structure of design example 3 shown in FIG. 4A, the number of layers constituting the mirror functional layer ML and the cavity layer C is the same as that of design example 1, and the optical film thickness of each cavity layer is that of design example 1. Is almost the same. On the other hand, among the mirror functional layers, the optical film thicknesses of the layers constituting the mirror functional layers ML 1 and ML 2 on the substrate side in particular are different from those of the design examples 1 and 2. FIG. 4B shows that the mirror having the film configuration shown in FIG. 4A has characteristics satisfying reflectance = 97.5% and negative dispersion = −2500 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 1045 nm as the center wavelength. It is shown that.

設計例2と設計例3とでは異なる層構造であるが1040nm〜1050nmの範囲においては略同じ特性を得ることができるものとなっている。   Although design example 2 and design example 3 have different layer structures, substantially the same characteristics can be obtained in the range of 1040 nm to 1050 nm.

図5Aに示す設計例4の多層膜構造は、ミラー機能層ML、キャビティ層Cを構成する層数は設計例1のものと同一であり、各キャビティ層の光学膜厚も設計例1のものとほぼ同じである。一方、ミラー機能層のうち、特に基板側のミラー機能層ML1およびML2を構成する層の光学膜厚が設計例1のものとは異なっている。図5Bは、図5Aで示した膜構成のミラーでは、1045nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=99.5%かつ負分散量=−1200fs2を満たす特性を有していることを示している。 In the multilayer film structure of design example 4 shown in FIG. 5A, the number of layers constituting the mirror functional layer ML and the cavity layer C is the same as that of design example 1, and the optical film thickness of each cavity layer is that of design example 1. Is almost the same. On the other hand, the optical film thickness of the layers constituting the mirror functional layers ML 1 and ML 2 on the substrate side among the mirror functional layers is different from that of the design example 1. FIG. 5B shows that the mirror having the film configuration shown in FIG. 5A has characteristics satisfying reflectance = 99.5% and negative dispersion = −1200 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 1045 nm as the center wavelength. It is shown that.

設計例1から設計例4では、各キャビティ層C1,C2…,C5を構成する層の番号(配置)は同一であり、光学膜厚もほぼ等しく、各ミラー機能層ML1,ML2…,ML5を構成する層数も同一である。しかしながら、得られる特性は大きく異なる。 In the design example 1 to the design example 4, the numbers (arrangements) of the layers constituting the cavity layers C 1 , C 2, ..., C 5 are the same, the optical film thicknesses are substantially equal, and the mirror functional layers ML 1 , ML 2 ... The number of layers constituting ML 5 is also the same. However, the properties obtained are very different.

図6A〜9Aに示す設計例5から設計例8の多層膜構造は、最も基板側の第1層として、光学膜厚の非常に大きい層を備え、ミラー機能層ML1が第2層から第10層で構成されている点を除き、他のミラー機能層ML2…,ML5各キャビティ層C1,C2…,C5を構成する層の番号および層数は設計例1のものと同一であり、各キャビティ層の光学膜厚も設計例1のものとほぼ同じである。 The multilayer film structures of Design Examples 5 to 8 shown in FIGS. 6A to 9A include a layer having a very large optical film thickness as the first layer on the most substrate side, and the mirror function layer ML 1 is formed from the second layer to the second layer. except that it is composed of 10 layers, other mirror function layer ML 2 ..., ML 5 each cavity layer C 1, C 2 ..., number and number of layers of layers constituting the C 5 are as design example 1 The optical film thicknesses of the respective cavity layers are almost the same as those of the design example 1.

図6Bは、図6Aで示した膜構成のミラーでは、1045nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=98.5%かつ負分散量=−1200fs2を満たす特性を有していることを示している。 FIG. 6B shows that the mirror having the film configuration shown in FIG. 6A has a characteristic that the reflectance is 98.5% and the negative dispersion amount is −1200 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 1045 nm as the central wavelength. It is shown that.

図7Bは、図7Aで示した膜構成のミラーでは、1045nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=97%かつ負分散量=−1200fs2を満たす特性を有していることを示している。 FIG. 7B shows that the mirror having the film configuration shown in FIG. 7A has characteristics satisfying reflectance = 97% and negative dispersion = −1200 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 1045 nm as the central wavelength. It is shown that.

図8Bは、図8Aで示した膜構成のミラーでは、1045nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=99.5%かつ負分散量=−1200fs2を満たす特性を有していることを示している。 FIG. 8B shows that the mirror having the film configuration shown in FIG. 8A has characteristics satisfying reflectance = 99.5% and negative dispersion = −1200 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 1045 nm as the central wavelength. It is shown that.

図9Bは、図9Aで示した膜構成のミラーでは、1045nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=98.5%かつ負分散量=−2500fs2を満たす特性を有していることを示している。 FIG. 9B shows that the mirror having the film structure shown in FIG. 9A has characteristics satisfying reflectance = 98.5% and negative dispersion = −2500 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 1045 nm as the central wavelength. It is shown that.

設計例5〜8のように、最も基板側に配置される第1層に光学膜厚の大きな層を備えても、設計例1〜4のように、第1層に光学膜厚の大きな層を備えない場合と同様に、分散量が−600fs2〜−3000fs2であり、かつ、反射率が97%〜99.5%のミラーを構成することができる。 Even if the first layer arranged on the most substrate side is provided with a layer having a large optical film thickness as in Design Examples 5 to 8, the layer having a large optical film thickness is formed on the first layer as in Design Examples 1 to 4. As in the case of not including the mirror, a mirror having a dispersion amount of −600 fs 2 to −3000 fs 2 and a reflectance of 97% to 99.5% can be configured.

図10Aに示す設計例9の多層膜構造は、最も基板側の第1層に光学膜厚の大きな層が一層配されている点で、設計例5〜8と同様である。設計例9の多層膜構造は、第2層から第10層がミラー機能層ML1、第11層がキャビティ層C1、第12層から第20層がミラー機能層ML2、第21層がキャビティ層C2、第22層から第30層がミラー機能層ML3、第31層がキャビティ層C3、第32層から第44層がミラー機能層ML4、第45層がキャビティ層C4、第46層から第50層がミラー機能層ML5をそれぞれ構成している。ミラー機能層を構成する層の数はそれぞれ、9層、9層、9層、13層、5層である。キャビティ間の間隔は9層、9層、13層であり平均10.3層であり、キャビティ層は平均値±30%の範囲でほぼ等間隔に配置されている。 The multilayer film structure of the design example 9 shown in FIG. 10A is the same as the design examples 5 to 8 in that a layer having a large optical film thickness is disposed on the first layer on the most substrate side. In the multilayer film structure of design example 9, the second to tenth layers are mirror functional layers ML 1 , the eleventh layer is a cavity layer C 1 , the twelfth to twentieth layers are mirror functional layers ML 2 , and the twenty-first layer is Cavity layer C 2 , 22nd to 30th layers are mirror functional layers ML 3 , 31st layer is cavity layer C3, 32nd to 44th layers are mirror functional layers ML 4 , 45th layer is cavity layer C 4 , is 46 layers from the 50 layers constituting the mirror function layer ML 5 respectively. The number of layers constituting the mirror function layer is 9 layers, 9 layers, 9 layers, 13 layers, and 5 layers, respectively. The intervals between the cavities are 9 layers, 9 layers, and 13 layers with an average of 10.3 layers, and the cavity layers are arranged at almost equal intervals in the range of the average value ± 30%.

図10Bは、図10Aで示した膜構成のミラーでは、1045nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=98.5%かつ負分散量=−2500fs2を満たす特性を有していることを示している。 FIG. 10B shows that the mirror having the film configuration shown in FIG. 10A has characteristics satisfying reflectance = 98.5% and negative dispersion = −2500 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 1045 nm as the central wavelength. It is shown that.

図11Aに示す設計例10の多層膜構造は、最も基板側の第1層に光学膜厚の大きな層が一層配されている点で、設計例5〜8と同様である。設計例10の多層膜構造は、第2層から第10層がミラー機能層ML1、第11層がキャビティ層C1、第12層から第22層がミラー機能層ML2、第23層がキャビティ層C2、第24層から第30層がミラー機能層ML3、第31層がキャビティ層C3、第32層から第44層がミラー機能層ML4、第45層がキャビティ層C4、第46層から第50層がミラー機能層ML5をそれぞれ構成している。ミラー機能層を構成する層の数はそれぞれ、9層、11層、7層、13層、5層である。キャビティ間の間隔は11層、7層、13層であり平均10.3層であり、キャビティ層は平均値±35%の範囲でほぼ等間隔に配置されている。 The multilayer film structure of the design example 10 shown in FIG. 11A is the same as the design examples 5 to 8 in that a layer having a large optical film thickness is disposed on the first layer on the most substrate side. In the multilayer structure of design example 10, the second to tenth layers are mirror functional layers ML 1 , the eleventh layer is a cavity layer C 1 , the twelfth to twenty-second layers are mirror functional layers ML 2 , and the twenty-third layer is The cavity layer C 2 , the 24th to 30th layers are the mirror function layer ML 3 , the 31st layer is the cavity layer C 3 , the 32nd to 44th layers are the mirror function layer ML 4 , and the 45th layer is the cavity layer C 4. , layers 50th 46th layers constitute a mirror function layer ML 5 respectively. The number of layers constituting the mirror function layer is 9 layers, 11 layers, 7 layers, 13 layers, and 5 layers, respectively. The intervals between the cavities are 11, 7, and 13 layers, and the average is 10.3 layers. The cavity layers are arranged at almost equal intervals in the range of the average value ± 35%.

図11Bは、図11Aで示した膜構成のミラーでは、1045nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=98.5%かつ負分散量=−2500fs2を満たす特性を有していることを示している。 FIG. 11B shows that the mirror having the film configuration shown in FIG. 11A has characteristics satisfying reflectance = 98.5% and negative dispersion = −2500 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 1045 nm as the central wavelength. It is shown that.

設計例8、9および10はそれぞれキャビティ層の配置が一部異なり、ミラー機能層を構成する層数、層番号も少しずつ異なるものであるが、図9B、図10Bおよび図11Bに示すように、いずれも1040nm〜1050nmの波長に対して反射率=98.5%かつ負分散量=−2500fs2を満たし、反射率、負分散量の波長依存性も同一の振る舞いをするものとなっている。 In design examples 8, 9 and 10, the arrangement of the cavity layers is partially different, and the number of layers constituting the mirror functional layer and the layer numbers are slightly different, but as shown in FIGS. 9B, 10B and 11B, In both cases, the reflectance = 98.5% and the negative dispersion = −2500 fs 2 are satisfied with respect to the wavelength of 1040 nm to 1050 nm, and the wavelength dependency of the reflectance and the negative dispersion has the same behavior.

図12Aに示す設計例11の多層膜構造は、ミラー機能層ML、キャビティ層Cを構成する層数は設計例1〜4のものと同一であるが、各層の光学膜厚が設計例1〜4のものとは異なっている。設計例11では、全てのキャビティ層の光学膜厚がほぼ同等となっている。図12Bは、図12Aで示した膜構成のミラーでは、800nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=98.5%かつ負分散量=−1000fs2を満たす特性を有していることを示している。 The multilayer film structure of the design example 11 shown in FIG. 12A has the same number of layers constituting the mirror functional layer ML and the cavity layer C as in the design examples 1 to 4, but the optical film thickness of each layer is the same as in the design examples 1 to 4. It is different from four. In design example 11, the optical film thicknesses of all the cavity layers are substantially equal. FIG. 12B shows that the mirror having the film configuration shown in FIG. 12A has a characteristic that the reflectance is 98.5% and the negative dispersion amount is −1000 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 800 nm as the central wavelength. It is shown that.

図13Aに示す設計例12の多層膜構造は、ミラー機能層ML、キャビティ層Cを構成する層数は設計例5〜8と同様であるが、各層の光学膜厚が設計例5〜8のものとは異なっている。設計例12では、全てのキャビティ層の光学膜厚が同等となっている。図13Bは、図13Aで示した膜構成のミラーでは、800nmを中心波長として、少なくとも±5nmの範囲においては、反射率=98.5%かつ負分散量=−1000fs2を満たす特性を有していることを示している。 The multilayer film structure of the design example 12 shown in FIG. 13A is the same as the design examples 5 to 8 in the number of layers constituting the mirror functional layer ML and the cavity layer C, but the optical film thickness of each layer is that of the design examples 5 to 8. It is different from the thing. In design example 12, the optical film thicknesses of all the cavity layers are the same. FIG. 13B shows that the mirror having the film configuration shown in FIG. 13A has characteristics satisfying reflectance = 98.5% and negative dispersion = −1000 fs 2 in the range of at least ± 5 nm with 800 nm as the central wavelength. It is shown that.

設計例11と設計例12とでは、最も基板側の第1層の光学膜厚が大きく異なるが、それ以外の層構造は略同様であり、少なくとも波長795nm〜805nmの範囲で反射率および負分散量の波長依存特性も一致している。   In design example 11 and design example 12, the optical film thickness of the first layer closest to the substrate is greatly different, but the other layer structures are substantially the same, and reflectivity and negative dispersion at least in the wavelength range of 795 nm to 805 nm. The wavelength dependence of the quantity is also consistent.

いずれの設計例においてもキャビティ層はλ/4で規格化した光学膜厚が4〜7の間であり、ミラー機能層を構成する各層の光学膜厚は1を基準に0.5以上、2未満の範囲であった。しかしながら、キャビティ層の光学膜厚は4〜7に限られず2以上であればよい。また、上記各設計例においては、多層膜構造を構成する層の数は50とし、ミラー機能層部を5つ、キャビティ層を4つ備えるものとしたが、これらの数に限られるものではない。また、上記の設計例においては中心波長λ=1045nmもしくは800nmとしたが、中心波長は任意に設定可能である。モード同期固体レーザ装置に用いる場合、1μm帯(1000nm〜1100nm)あるいは0.8μm帯(700nm〜900nm)に中心波長があるものが好適に用いられる。   In any of the design examples, the cavity layer has an optical film thickness standardized by λ / 4 between 4 and 7, and the optical film thickness of each layer constituting the mirror function layer is 0.5 or more and less than 2 based on 1. It was in range. However, the optical film thickness of the cavity layer is not limited to 4 to 7, and may be 2 or more. In each of the above design examples, the number of layers constituting the multilayer film structure is 50, the mirror function layer portion is five, and the cavity layer is four. However, the number is not limited thereto. . In the above design example, the center wavelength λ is 1045 nm or 800 nm, but the center wavelength can be arbitrarily set. When used in a mode-locked solid-state laser device, one having a center wavelength in the 1 μm band (1000 nm to 1100 nm) or 0.8 μm band (700 nm to 900 nm) is preferably used.

中心波長λ、−600fs2〜−3000fs2の範囲の所望の分散量、97%〜99.5%の範囲の所望の反射率を設定し、その他の初期条件として、層数、屈折率(膜材料)、キャビティ層をどのあたりに設けるかおよびミラー層を何層ぐらいにするかなどの膜構成、おおよその膜厚(ミラー機能層を構成する各層については中心波長λ/4付近、キャビティ層については中心波長の整数倍λ/4×nの光学膜厚とするなど)を設定してから、コンピュータシミュレーション(薄膜計算ソフト「Essential Macleod」を用いたシミュレーション)を行う。その後これらの初期条件は手動またはコンピュータにより自動的に修正されながら前述の設計例のような層構造を得ることができる。 Center wavelength λ, desired dispersion amount in the range of -600 fs 2 to -3000 fs 2 , desired reflectivity in the range of 97% to 99.5% are set, and other initial conditions are the number of layers, refractive index (film material) , Film structure such as where to provide the cavity layer and how many mirror layers, etc., approximate film thickness (for each layer constituting the mirror functional layer, around the central wavelength λ / 4, center for the cavity layer A computer simulation (simulation using thin film calculation software “Essential Macleod”) is performed after setting an optical thickness of an integral multiple of wavelength λ / 4 × n. Thereafter, these initial conditions are corrected manually or automatically by a computer to obtain a layer structure as in the above-described design example.

本発明の負分散ミラーをモード同期固体レーザ装置の出力ミラーとして適応する場合、図14に示す第2の実施形態の負分散ミラー5のような、凹面を有するガラス基板6の凹面上に所定の波長の光Lに対して多層膜構造7を備えたものが好適である。多層膜構造7の構成は先に説明した第1の実施形態と同様であり、それぞれ複数の層が積層されてなる3つ以上のミラー機能層部ML1,ML2…ML5(ここでは5つの機能層部を備える)、および各ミラー機能層部間に挟まれて配されて該挟まれたミラー機能層部間で所定の波長の光Lの共振を生じさせるキャビティ層C1,C2…C4(ここでは4つのキャビティ層を備える)から構成されており、所定の波長の光Lに対して、分散量が−600fs2〜−3000fs2の範囲にあり、かつ、反射率が97%〜99.5%の範囲のものである。具体的には、前述の設計例1〜12のような膜構成とすればよい。 When the negative dispersion mirror of the present invention is applied as an output mirror of a mode-locked solid-state laser device, the negative dispersion mirror 5 of the second embodiment shown in FIG. 14 has a predetermined surface on the concave surface of the glass substrate 6 having a concave surface. What provided the multilayer film structure 7 with respect to the light L of a wavelength is suitable. The configuration of the multilayer film structure 7 is the same as that of the first embodiment described above, and three or more mirror function layer portions ML 1 , ML 2 ... ML 5 (here 5 Cavity layers C 1 and C 2 that are arranged between the mirror functional layer portions and cause resonance of light L having a predetermined wavelength between the sandwiched mirror functional layer portions. ... C 4 are composed of (here comprising four cavity layer), with respect to light L of a predetermined wavelength, in the range dispersion amount of -600fs 2 ~-3000fs 2, and the reflectance 97 % To 99.5% range. Specifically, the film configuration as in the design examples 1 to 12 described above may be used.

所定の波長の光Lは、固体レーザ媒質から出力され、共振器内で共振する光であり、負分散ミラー5が適応されるモード同期固体レーザ装置の構成により定められる。例えば、固体レーザ媒質としてYb:KYW(K(WO4)2)を用いる場合であれば、λ=1045nmであり、固体レーザ媒質としてYb:KGW(Gd(WO4)2)を用いる場合、λ=1040nmであり、その他、Yb:YAGではλ=1050nm、Yb:Y2O3ではλ=1076nm、Alexandrite(BeAl2O4:Cr3+)ではλ=750nm、Cr3+:LiSrAlF6ではλ=850nm、Cr3+:LiCaAlF6ではλ=850nm、Ti:Al2O3ではλ=800nmなどである。 The light L having a predetermined wavelength is light that is output from the solid-state laser medium and resonates in the resonator, and is determined by the configuration of the mode-locked solid-state laser device to which the negative dispersion mirror 5 is applied. For example, if Yb: KYW (K (WO 4 ) 2 ) is used as the solid laser medium, λ = 1045 nm, and if Yb: KGW (Gd (WO 4 ) 2 ) is used as the solid laser medium, λ = 1040 nm, λ = 1050 nm for Yb: YAG, λ = 1076 nm for Yb: Y 2 O 3 , λ = 750 nm for Alexandrite (BeAl 2 O 4 : Cr 3+ ), λ for Cr 3+ : LiSrAlF 6 = 850 nm, λ = 850 nm for Cr 3+ : LiCaAlF 6 , and λ = 800 nm for Ti: Al 2 O 3 .

なお、ガラス基板6の多層膜構造が設けられる面に対向する面に多層膜構造7を透過した光が基板6の凹面に対向する面で反射するのを防止するための反射防止膜8が設けられている。多層膜構造7の積層面側からミラーに入射される光Lに対する反射率が97%〜99.5%であり、3%〜0.5%の成分が反射防止膜8側へ透過する。   An antireflection film 8 is provided on the surface of the glass substrate 6 opposite to the surface on which the multilayer film structure is provided to prevent light transmitted through the multilayer film structure 7 from being reflected on the surface opposite to the concave surface of the substrate 6. It has been. The reflectance with respect to the light L incident on the mirror from the laminated surface side of the multilayer film structure 7 is 97% to 99.5%, and components of 3% to 0.5% are transmitted to the antireflection film 8 side.

図14に示す負分散ミラーをモード同期固体レーザ装置の出力ミラーとして用いることにより、固体レーザ装置を小型に構成することができ、フェムト秒帯の安定なパルスレーザ発振を得ることができる。   By using the negative dispersion mirror shown in FIG. 14 as the output mirror of the mode-locked solid-state laser device, the solid-state laser device can be made compact, and stable pulsed laser oscillation in the femtosecond band can be obtained.

<モード同期固体レーザ装置>
次に、図14に示す負分散ミラーを備えたモード同期固体レーザ装置について説明する。
<Mode-locked solid-state laser device>
Next, a mode-locked solid-state laser device provided with the negative dispersion mirror shown in FIG. 14 will be described.

図15は、本発明の一実施形態によるソリトン型モード同期固体レーザ装置を示す概略側面図である。図示の通りこのモード同期固体レーザ装置は、励起光10を発する半導体レーザ11と、励起光10を共振器内に入力させる励起光学系12と、共振器の一方の終端を構成する凹面出力ミラーとして機能する前述の図14で説明した負分散ミラー5と、共振器の他方の終端を構成するSESAM(半導体可飽和吸収ミラー)16と、共振器内部に配置された固体レーザ媒質15と、共振器内で共振する発振光18を反射して出力ミラーおよびSESAMへ導光する凹面ミラー19とを備えている。凹面ミラー19は、入射された励起光10を透過すると共に、発振光18を反射するダイクロイックミラーとしての機能を備えている。   FIG. 15 is a schematic side view showing a soliton mode-locked solid-state laser device according to an embodiment of the present invention. As shown, this mode-locked solid-state laser device includes a semiconductor laser 11 that emits excitation light 10, an excitation optical system 12 that inputs the excitation light 10 into the resonator, and a concave output mirror that forms one end of the resonator. The functioning negative dispersion mirror 5 described with reference to FIG. 14, the SESAM (semiconductor saturable absorption mirror) 16 constituting the other end of the resonator, the solid-state laser medium 15 disposed inside the resonator, the resonator And an output mirror and a concave mirror 19 that guides the light to the SESAM. The concave mirror 19 has a function as a dichroic mirror that transmits the incident excitation light 10 and reflects the oscillation light 18.

本実施形態において、固体レーザ媒質15としては一例としてYb:KYW結晶が用いられている。半導体レーザ11としては、上記の固体レーザ媒質15を励起する励起光10を発するものが用いられている。   In the present embodiment, Yb: KYW crystal is used as the solid-state laser medium 15 as an example. As the semiconductor laser 11, a laser that emits the excitation light 10 for exciting the solid-state laser medium 15 is used.

以上の構成においては、半導体レーザ11から出力され、励起光学系12により凹面ミラー19の裏面から入力され、該凹面ミラー19を透過して共振器内に入射された励起光10が固体レーザ媒質15に入力され、固体レーザ媒質15が励起され、それにより発生した所定の波長の光(ここでは、中心波長1045nm)が共振器の作用で発振する。レーザ発振光18は負分散ミラー5を一部透過し外部に出力光18aとして取り出される。   In the above configuration, the pumping light 10 that is output from the semiconductor laser 11, input from the back surface of the concave mirror 19 by the pumping optical system 12, passes through the concave mirror 19, and enters the resonator is solid-state laser medium 15. The solid-state laser medium 15 is excited, and light having a predetermined wavelength (here, center wavelength 1045 nm) generated thereby oscillates by the action of the resonator. The laser oscillation light 18 is partially transmitted through the negative dispersion mirror 5 and extracted outside as output light 18a.

ここでは、レーザ共振器内の出力ミラー5に設けられている負分散素子17の作用による負の群速度分散と、主に固体レーザ媒質15での自己位相変調が組み合わさって、フェムト秒領域のパルス発振光18aが得られる。より詳しくは、SESAM16によりモード同期が始動してパルスを維持安定化させるとともに、群速度分散と自己位相変調がバランスすることによるソリトンパルス形成を経てモード同期パルスの急峻化が起こり、フェムト秒クラスの安定したソリトンパルス発生が可能となる。   Here, the negative group velocity dispersion due to the action of the negative dispersion element 17 provided in the output mirror 5 in the laser resonator and the self-phase modulation mainly in the solid-state laser medium 15 are combined to produce a femtosecond region. Pulsed light 18a is obtained. More specifically, SESAM 16 initiates mode synchronization to maintain and stabilize the pulse, and sharpening of the mode synchronization pulse occurs through soliton pulse formation by balancing group velocity dispersion and self-phase modulation, which is of the femtosecond class. Stable soliton pulse generation is possible.

図15に示すモード同期固体レーザ装置においては、分散量が-800fs2、反射率が98.3%の負分散ミラー5が好適である。 In the mode-locked solid-state laser device shown in FIG. 15, the negative dispersion mirror 5 having a dispersion amount of −800 fs 2 and a reflectance of 98.3% is preferable.

なお、モード同期固体レーザ装置において、ソリトンモードパルス発振を安定に生じさせるために、負分散ミラーに必要とされる分散量は、固体レーザ媒質、共振器内に配置される光学素子の配置、共振器長などの共振器構造により決定することができる。   In a mode-locked solid-state laser device, in order to stably generate soliton mode pulse oscillation, the amount of dispersion required for the negative dispersion mirror depends on the solid-state laser medium, the arrangement of optical elements arranged in the resonator, the resonance It can be determined by the resonator structure such as the length of the device.

図16は、第2の実施形態のモード同期固体レーザ装置の概略構成を示す模式図である。本モード同期固体レーザ装置は、励起光10を発する半導体レーザ11と、励起光10を共振器内に入力させる励起光学系12と、この励起光学系12により共振器の外部から共振器光軸に斜めに入射された励起光10を、固体レーザ媒質15に向けて反射すると共に、共振器内で共振する発振光18を透過する、共振器内に配されたダイクロイックミラー14と、共振器の一方の終端を構成する負分散ミラー5と、共振器の他方の終端を構成するSESAM16と、このSESAM16および負分散ミラー5で構成される共振器の内部に配置された固体レーザ媒質15とから構成されている。共振器内には、終端を構成するSESAM16および出力ミラー5以外に発振光を反射するミラーを備えず、共振器は直線型共振器構造である。固体レーザ媒質15とSESAM16とは近接配置されている。   FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the mode-locked solid-state laser device according to the second embodiment. This mode-locked solid-state laser device includes a semiconductor laser 11 that emits pumping light 10, a pumping optical system 12 that inputs the pumping light 10 into the resonator, and the pumping optical system 12 from the outside of the resonator to the resonator optical axis. The dichroic mirror 14 disposed in the resonator that reflects the obliquely incident excitation light 10 toward the solid-state laser medium 15 and transmits the oscillation light 18 that resonates in the resonator, and one of the resonators The negative dispersion mirror 5 constituting the end of the resonator, the SESAM 16 constituting the other end of the resonator, and the solid-state laser medium 15 disposed inside the resonator constituted by the SESAM 16 and the negative dispersion mirror 5 are configured. ing. In the resonator, there is no mirror that reflects oscillation light other than SESAM 16 and output mirror 5 constituting the termination, and the resonator has a linear resonator structure. The solid-state laser medium 15 and the SESAM 16 are arranged close to each other.

以上の構成においては、半導体レーザ11から出力され、励起光学系12により共振器光軸に対して斜めに入射された励起光10がダイクロイックミラー14により反射されて固体レーザ媒質15に入力され、固体レーザ媒質15が励起され、それにより発生した所定の波長の光が共振器の作用で発振する。レーザ発振光18は出力ミラー5を一部透過し外部に出力光18aとして取り出される。本構成の装置においては、共振器内で共振するレーザ発振光18のビームウエストがSESAM16上にのみ形成されている。   In the above configuration, the pumping light 10 output from the semiconductor laser 11 and incident obliquely to the resonator optical axis by the pumping optical system 12 is reflected by the dichroic mirror 14 and input to the solid-state laser medium 15 to be The laser medium 15 is excited, and light having a predetermined wavelength generated thereby oscillates by the action of the resonator. The laser oscillation light 18 partially passes through the output mirror 5 and is extracted to the outside as output light 18a. In the apparatus of this configuration, the beam waist of the laser oscillation light 18 that resonates in the resonator is formed only on the SESAM 16.

図16に示すモード同期固体レーザ装置のより具体的な構成例を説明する。固体レーザ媒質15として、Ybイオンを母材であるセラミックス媒質Y2O3(イットリア)に添加したYb:Y2O3媒質を用いる。Yb:Y2O3媒質の蛍光スペクトル中の1075nmを発振光とする。 A more specific configuration example of the mode-locked solid-state laser device shown in FIG. 16 will be described. A Yb: Y 2 O 3 medium in which Yb ions are added to a ceramic medium Y 2 O 3 (yttria) as a base material is used as the solid-state laser medium 15. The oscillation light is 1075 nm in the fluorescence spectrum of the Yb: Y 2 O 3 medium.

ここで、Yb:Y2O3媒質15は、Ybイオンが10at%添加された0.65mm厚のものであり、このYb:Y2O3媒質15の両面には、波長980nmの励起光10、波長1075nm帯の発振光18のいずれの光をも良好に透過するコーティングが施されている。 Here, the Yb: Y 2 O 3 medium 15 has a thickness of 0.65 mm to which 10 at% of Yb ions are added, and excitation light 10 having a wavelength of 980 nm is provided on both sides of the Yb: Y 2 O 3 medium 15. A coating that satisfactorily transmits any of the oscillation light 18 in the wavelength 1075 nm band is applied.

SESAM16としては、BATOP社製の変調深さ(modulation depth)が0.4%、飽和フルエンス(Saturation fluence)が120μJ/cm2のものを用いる。 As SESAM16, use is made of BATOP having a modulation depth of 0.4% and a saturation fluence of 120 μJ / cm 2 .

負分散ミラー5の凹面の曲率半径は30mmであり、負分散ミラー5とSESAM16は、負分散ミラー5のミラー表面とSESAM16のミラー表面間で定義される共振器長が30mm(空気中)となるように配置されており、Yb:Y2O3媒質15はSESAM16との距離dが6mmとなる位置に配置されている。 The radius of curvature of the concave surface of the negative dispersion mirror 5 is 30 mm, and the negative dispersion mirror 5 and the SESAM 16 have a resonator length defined between the mirror surface of the negative dispersion mirror 5 and the mirror surface of the SESAM 16 of 30 mm (in air). The Yb: Y 2 O 3 medium 15 is arranged at a position where the distance d to the SESAM 16 is 6 mm.

半導体レーザ11としては、波長980nmの発光幅100μm、出力2Wのブロードエリア型を用いる。励起光学系12は集光レンズであり、Yb:Y2O3媒質15中での励起光のビーム直径が100μm程度となるものを用いる。集光レンズ12は、共振器光路をカットしないようダイクロイックミラー14に近接させ配置されており、この集光レンズ12により、励起光10は、Yb:Y2O3媒質15の厚み方向中心近傍にビームウエストがくるように集光される。 As the semiconductor laser 11, a broad area type having an emission width of 100 μm with a wavelength of 980 nm and an output of 2 W is used. The excitation optical system 12 is a condensing lens, and uses an excitation light beam diameter of about 100 μm in the Yb: Y 2 O 3 medium 15. The condensing lens 12 is disposed close to the dichroic mirror 14 so as not to cut the resonator optical path, and the condensing lens 12 causes the excitation light 10 to be near the center of the Yb: Y 2 O 3 medium 15 in the thickness direction. It is condensed so that the beam waist comes.

ダイクロイックミラー14は、ブリュースター角入射において、波長980nmの励起光10を良好に反射し、波長1075nm帯の発振光18を良好に透過するコーティングが施された1mm角の厚さ0.3mmの石英板であり、Yb:Y2O3媒質15に近接して配置されている。 The dichroic mirror 14 is a 1 mm square 0.3 mm thick quartz plate coated with a coating that reflects the excitation light 10 with a wavelength of 980 nm well and transmits the oscillation light 18 with a wavelength of 1075 nm at Brewster angle incidence. And arranged close to the Yb: Y 2 O 3 medium 15.

本モード同期固体レーザ装置においては、励起光10によって励起されYb:Y2O3媒質15から発せられた波長1075nm帯の光が負分散ミラー5とSESAM16との間で共振し、SESAM16によってモードロックされ、負分散ミラー5から出力光(パルスレーザ)18aとして出力される。 In this mode-locked solid-state laser device, light having a wavelength of 1075 nm that is excited by the pumping light 10 and emitted from the Yb: Y 2 O 3 medium 15 resonates between the negative dispersion mirror 5 and the SESAM 16 and is mode-locked by the SESAM 16. Then, it is output from the negative dispersion mirror 5 as output light (pulse laser) 18a.

凹面出力ミラーとして機能する負分散ミラー5は、共振器内で生じる正の群速度分散を補償し、共振器全体での群速度分散が完全補償された状態(群速度分散=0)、あるいは共振器内の群速度分散が負となる状態(群速度分散<0)とする負の群速度分散を生じさせるものである。このような負分散ミラー5を備えることにより、ソリトンモード同期を誘起することができ、ピコ秒以下のパルス幅を有するパルス光を得ることができる。   The negative dispersion mirror 5 functioning as a concave output mirror compensates for positive group velocity dispersion generated in the resonator, and the group velocity dispersion in the entire resonator is completely compensated (group velocity dispersion = 0) or resonance. This produces negative group velocity dispersion in which the group velocity dispersion in the chamber is negative (group velocity dispersion <0). By providing such a negative dispersion mirror 5, soliton mode synchronization can be induced, and pulsed light having a pulse width of picoseconds or less can be obtained.

例えば、図16のモード同期固体レーザ装置の共振器内において−3000fs2の群速度分散を有する負分散ミラー5を備えることによって、共振器内における全体の群速度分散−2700fs2とし、800fsのパルス幅を持ったパルスレーザ光を得ることができる。 For example, by providing a negative dispersion mirror 5 having a group velocity dispersion of −3000 fs 2 in the resonator of the mode-locked solid-state laser device of FIG. 16, the entire group velocity dispersion in the resonator is −2700 fs 2 and a pulse of 800 fs is obtained. A pulsed laser beam having a width can be obtained.

一般的にYbドープ固体レーザ媒質はFsat,Lが大きいため、モード同期閾値が大きく、共振器長Lが30mmと短いと共振器内パルスエネルギーが小さくなるため、通常はこのような短い共振器長とするとモード同期がかからない。しかし、上記のように共振器内の群速度分散補償を行い、ソリトンモード同期と呼ばれる状態を形成することによって、モード同期閾値を低減させることができ、30mmという短い共振器長であってもモード同期をかけることができた。 In general, Yb-doped solid-state laser medium has a large F sat, L , so the mode-locking threshold is large, and when the resonator length L is as short as 30 mm, the intra-cavity pulse energy becomes small. If it is long, mode synchronization is not applied. However, by performing group velocity dispersion compensation in the resonator as described above and forming a state called soliton mode locking, the mode locking threshold can be reduced, and even with a resonator length as short as 30 mm, the mode I was able to synchronize.

このように、本発明の負分散ミラーを出力ミラーとすることにより、非常に小型な、フェムト秒帯パルス発振が可能なモード同期固体レーザ装置を構成することができる。共振器を構成する光学素子の数を抑制することができるため、共振器として安定になり、また、大きな負分散補償を行うことができることから、ソリトンパルス発振も安定に行うことができる。   Thus, by using the negative dispersion mirror of the present invention as an output mirror, a very small mode-locked solid-state laser device capable of femtosecond pulse oscillation can be configured. Since the number of optical elements constituting the resonator can be suppressed, the resonator is stable and large negative dispersion compensation can be performed, so that soliton pulse oscillation can also be stably performed.

固体レーザ媒質としては、Yb:Y2O3あるいはNd:YVO4の他、NdやYbイオンが各種母材に添加されてなる、たとえば、Nd:GdVO4、Nd:YAG、Nd:glass、Yb:YAG、Yb:KY(WO4)2、Yb:KGd(WO4)2、Yb:Gd2SiO5、Yb:Y2SiO5等を始めとする各種の母材と組み合わせた固体レーザ媒質を用いることができる。また、添加するイオンもNdやYbイオンに限らず、全ての希土類イオン、さらにはCrおよびTiなどの遷移金属イオンに適用可能である。 As the solid laser medium, Yd: Y 2 O 3 or Nd: YVO 4 and Nd or Yb ions are added to various base materials. For example, Nd: GdVO 4 , Nd: YAG, Nd: glass, Yb Solid laser medium combined with various base materials such as YAG, Yb: KY (WO 4 ) 2 , Yb: KGd (WO 4 ) 2 , Yb: Gd 2 SiO 5 , Yb: Y 2 SiO 5 Can be used. Further, the ions to be added are not limited to Nd and Yb ions, but can be applied to all rare earth ions and further to transition metal ions such as Cr and Ti.

なお、本発明の負分散ミラーは、光パルス分散補償装置として利用することができ、また、本発明の負分散ミラーを備えたモード同期固体レーザ装置は、非線形光学イメージング装置およびレーザ加工装置などの光源として好適に用いることができる。   The negative dispersion mirror of the present invention can be used as an optical pulse dispersion compensator, and the mode-locked solid-state laser device provided with the negative dispersion mirror of the present invention includes a nonlinear optical imaging device and a laser processing device. It can be suitably used as a light source.

<非線形光学イメージング装置>
図17は、本発明のモード同期固体レーザ装置を用いた非線形光学イメージング装置(多光子顕微鏡)の概略構成を示すものである。
<Nonlinear optical imaging device>
FIG. 17 shows a schematic configuration of a nonlinear optical imaging apparatus (multiphoton microscope) using the mode-locked solid-state laser apparatus of the present invention.

本非線形光学イメージング装置は、可動ステージ上に載置された、蛍光標識された被測定物質を含むサンプルに励起光を照射することにより励起されるサンプルからの蛍光を、可動ステージによりサンプル上の励起光集光位置を2次元的あるいは3次元的に移動させつつ検出し、2次元イメージあるいは3次元イメージを取得するものである。   This nonlinear optical imaging apparatus excites fluorescence from a sample placed on a movable stage and excited by irradiating the sample containing the fluorescently labeled substance to be measured with the movable stage. The light condensing position is detected while being moved two-dimensionally or three-dimensionally to obtain a two-dimensional image or a three-dimensional image.

本実施形態に非線形光学イメージング装置は、サンプル35が載置され、サンプル35をx−y面内および深さ方向に移動させる可動ステージ36と、励起光としてのパルスレーザビームを出力する、例えば、図16に示した構成のモード同期固体レーザ装置31と、パルスレーザビームを拡大するレンズ対32と、パルスレーザビームをサンプル35に向けて反射すると共に、サンプル35からの蛍光を透過するダイクロイックミラー33と、パルスレーザビームをサンプル35上に集光すると共に、サンプル35からの蛍光を収集する対物レンズ34と、サンプル35からの蛍光を検出するフォトマル38と、フォトマル38に蛍光を集光するレンズ37とを備えている。   In this embodiment, the nonlinear optical imaging apparatus has a sample 35 mounted thereon, a movable stage 36 that moves the sample 35 in the xy plane and in the depth direction, and a pulse laser beam as excitation light, for example, A mode-locked solid-state laser device 31 having the configuration shown in FIG. 16, a lens pair 32 that expands the pulse laser beam, and a dichroic mirror 33 that reflects the pulse laser beam toward the sample 35 and transmits the fluorescence from the sample 35. The pulse laser beam is condensed on the sample 35, the objective lens 34 for collecting the fluorescence from the sample 35, the photomal 38 for detecting the fluorescence from the sample 35, and the fluorescence on the photomal 38. And a lens 37.

モード同期固体レーザ装置31からのパルスレーザビームはレンズ対32により拡大され、ダイクロイックミラー33により反射されて対物レンズ34へ照射される。対物レンズ34を通過したパルスレーザビームは可動ステージ36上に配置されたサンプル35上に集光され、多光子吸収によってサンプル35を励起する。サンプル35からの蛍光は対物レンズ34により収集され、ダイクロイックミラー33を通過後、レンズ37によりフォトマル38に集光される。可動ステージ36をx-yの面内方向およびzの深さ方向に動かし、3次元的に微小領域を励起し蛍光を取得していくことで3次元イメージングを行うことが可能となる。   The pulse laser beam from the mode-locked solid-state laser device 31 is magnified by the lens pair 32, reflected by the dichroic mirror 33, and applied to the objective lens. The pulsed laser beam that has passed through the objective lens 34 is collected on a sample 35 disposed on the movable stage 36, and the sample 35 is excited by multiphoton absorption. The fluorescence from the sample 35 is collected by the objective lens 34, passes through the dichroic mirror 33, and then collected by the lens 37 onto the photomultiplier 38. It is possible to perform three-dimensional imaging by moving the movable stage 36 in the x-y in-plane direction and the z-depth direction to excite a minute region three-dimensionally and acquire fluorescence.

従来の非線形イメージング装置の光源として用いられている従来のモード同期固体レーザ装置は、装置全体が大きく内部構造が複雑であるため、高価格であり、出力の安定性も低いものであった。そのため、イメージング装置が高コスト化してしまうことや、取得イメージが劣化してしまう問題があった。しかし、本発明のモード同期固体レーザ装置は小型かつ低コストで、出力高安定性であるため、このモード同期固体レーザ装置を非線形イメージング装置の光源として用いることで、イメージング装置の低コスト化および取得イメージの高精細化が可能となる。   A conventional mode-locked solid-state laser device used as a light source of a conventional nonlinear imaging apparatus is expensive and has low output stability because the entire apparatus is large and the internal structure is complicated. For this reason, there are problems that the imaging apparatus is increased in cost and the acquired image is deteriorated. However, since the mode-locked solid-state laser device of the present invention is small, low-cost, and has high output stability, the use of this mode-locked solid-state laser device as a light source of a nonlinear imaging device reduces the cost and acquisition of the imaging device. High definition of the image can be achieved.

<非線形光学イメージング装置の実施形態の設計変更例>
図18は図17の非線形光学イメージング装置の変更例を示す図である。本設計変更例の非線形光学イメージング装置は、図17の非線形光学イメージング装置においてパルスレーザビームの光路上に本発明の負分散ミラー対からなる光パルス分散補償装置40を備えたものである。モード同期固体レーザ装置31からのパルスレーザビームはサンプル35に集光される前に複数の光学部品を反射および透過する。その際、それら光学部材のもつ群速度分散(通常正分散)によってパルスレーザビームのパルス幅が大きく広がってしまう。そのためサンプル35に集光されるパルスビームレーザのピークパワーが低下して、励起光の低下に伴い蛍光強度が低下してしまい、結果的に取得イメージが劣化してしまう場合がある。そこで、図18に示すように、本発明の負分散ミラー対からなる光パルス分散補償装置40をパルスビームレーザの光路上に配し、非線形光学イメージング装置を構成する光学部材の群速度分散を前もって補正することで、サンプルにもとのパルス幅のままでパルスレーザビームを集光できるため、高精細なイメージングが可能となる。
<Design Change Example of Embodiment of Nonlinear Optical Imaging Apparatus>
FIG. 18 is a diagram showing a modification of the nonlinear optical imaging apparatus of FIG. The non-linear optical imaging apparatus of this design modification is the same as the non-linear optical imaging apparatus of FIG. 17 except that the optical pulse dispersion compensating apparatus 40 comprising the negative dispersion mirror pair of the present invention is provided on the optical path of the pulse laser beam. The pulse laser beam from the mode-locked solid-state laser device 31 is reflected and transmitted through a plurality of optical components before being focused on the sample 35. At that time, the pulse width of the pulse laser beam is greatly expanded due to group velocity dispersion (normally normal dispersion) of the optical members. For this reason, the peak power of the pulse beam laser focused on the sample 35 is lowered, and the fluorescence intensity is lowered as the excitation light is lowered. As a result, the acquired image may be deteriorated. Therefore, as shown in FIG. 18, an optical pulse dispersion compensator 40 comprising the negative dispersion mirror pair of the present invention is arranged on the optical path of the pulse beam laser, and the group velocity dispersion of the optical members constituting the nonlinear optical imaging apparatus is previously determined. By correcting, the pulse laser beam can be focused with the original pulse width of the sample, so that high-definition imaging is possible.

<光パルス分散補償装置>
図19は、上記非線形光学イメージング装置に備えられる、本発明の負分散ミラーを備えた光パルス分散補償装置40の概略構成を示す図である。
<Optical pulse dispersion compensator>
FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of an optical pulse dispersion compensating apparatus 40 provided with the negative dispersion mirror of the present invention, which is provided in the nonlinear optical imaging apparatus.

本実施形態の光パルス分散補償装置40は、例えば、石英基板上に設計例1の多層膜構造が形成されてなる負分散ミラー41が2枚並行に配置された構造であり、負分散ミラー41間をパルスビームレーザ42が多重反射するようになっている。パルスビームレーザ42はミラー41間を多重反射することにより非線形光学イメージング装置内で生じる正の群速度分散を補償することができる。   The optical pulse dispersion compensator 40 of this embodiment has a structure in which, for example, two negative dispersion mirrors 41 each having a multilayer film structure of Design Example 1 formed on a quartz substrate are arranged in parallel. The pulse beam laser 42 is configured to perform multiple reflections between them. The pulse beam laser 42 can compensate for positive group velocity dispersion generated in the nonlinear optical imaging apparatus by multiple reflection between the mirrors 41.

具体的には、図17の非線形光学イメージング装置において、パルスレーザビームがサンプル35に集光するまでに被る群速度分散は8000fs2であるため、-1000fs2の分散をもつミラー41で8回反射させることで分散補償を行った。その結果、モード同期固体レーザ装置31から出力された直後のパルス幅と同等のパルス幅でパルスレーザビームをサンプル35に集光することが可能となり、高精細なイメージングを行うことができた。 Specifically, in the nonlinear optical imaging apparatus of FIG. 17, the group velocity dispersion that the pulse laser beam undergoes until it is focused on the sample 35 is 8000 fs 2 , so that it is reflected eight times by the mirror 41 having a dispersion of −1000 fs 2. Dispersion compensation was performed. As a result, it was possible to focus the pulse laser beam on the sample 35 with a pulse width equivalent to the pulse width immediately after being output from the mode-locked solid-state laser device 31, and high-definition imaging could be performed.

<レーザ加工装置>
図20は、本発明のモード同期固体レーザ装置を光源として備えたレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
<Laser processing equipment>
FIG. 20 is a diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus including the mode-locked solid-state laser apparatus of the present invention as a light source.

本実施形態のレーザ加工装置は、加工対象である金属薄膜などのサンプル59が載置され、サンプル59をx−y面内および深さ方向に移動させる可動ステージ60と、励起光としてのパルスレーザビームを出力する、例えば、図16に示した構成のモード同期固体レーザ装置51と、モード同期固体レーザ装置51からのパルスレーザビームのパルス繰り返し周波数を変換するパルスピッカー52と、分散補償とパルス幅の伸縮を行う、パルスストレッチャ53、再生増幅器54およびパルスコンプレッサ55からなるチャープパルス増幅器56と、増幅器56を経て入射したパルスレーザビームを反射してサンプルへ導光するミラー57と、サンプル上にパルスレーザビームを集光するレンズ58とを備えている。   The laser processing apparatus of this embodiment includes a movable stage 60 on which a sample 59 such as a metal thin film to be processed is placed, and moves the sample 59 in the xy plane and in the depth direction, and a pulse laser as excitation light. For example, a mode-locked solid-state laser device 51 configured as shown in FIG. 16, a pulse picker 52 that converts a pulse repetition frequency of a pulse laser beam from the mode-locked solid-state laser device 51, dispersion compensation, and pulse width A chirp pulse amplifier 56 comprising a pulse stretcher 53, a regenerative amplifier 54 and a pulse compressor 55, a mirror 57 for reflecting the pulse laser beam incident through the amplifier 56 and guiding it to the sample, and a pulse on the sample And a lens 58 for condensing the laser beam.

モード同期固体レーザ装置51からのパルスレーザビームはパルスピッカー52により、パルスの繰返し周波数を1kHzにされた後に、パルスストレッチャ53、Yb:KYWからなる再生増幅器54、パルスコンプレッサ55からなるチャープパルス増幅器56に入射される。パルスストレッチャ53およびパルスコンプレッサ55は回折格子対によって構成されており、この回折格子対によってパルスの群速度分散を制御し、パルス幅の伸縮を行う。   The pulse laser beam from the mode-locked solid-state laser device 51 is subjected to a pulse repetition frequency of 1 kHz by a pulse picker 52, then a pulse stretcher 53, a regenerative amplifier 54 composed of Yb: KYW, and a chirped pulse amplifier 56 composed of a pulse compressor 55. Is incident on. The pulse stretcher 53 and the pulse compressor 55 are constituted by a diffraction grating pair, and the group velocity dispersion of the pulse is controlled by this diffraction grating pair to expand and contract the pulse width.

なお、回折格子対の代わりに、本発明の、基板上に多層膜構造を備えた負分散ミラー対を用いてもよい。本発明の負分散ミラー対を用いれば、パルス幅の伸縮を回折格子対よりも低いパワー損失で行うことができ、また、回折格子対よりも小型に構成することも可能である。このように、本発明の負分散ミラーは単なる負分散素子として、正の負分散が大きくなることによるパルスレーザビームのパルス幅の広がりが問題となるような光学系を備えた装置において分散補償するために用いることもできる。   Instead of the diffraction grating pair, a negative dispersion mirror pair having a multilayer film structure on the substrate according to the present invention may be used. If the negative dispersion mirror pair of the present invention is used, the pulse width can be expanded and contracted with a power loss lower than that of the diffraction grating pair, and it can be made smaller than the diffraction grating pair. Thus, the negative dispersion mirror of the present invention is a mere negative dispersion element, and compensates dispersion in an apparatus equipped with an optical system in which the spread of the pulse width of the pulse laser beam due to the increase in positive negative dispersion becomes a problem. Can also be used.

モード同期固体レーザ装置51から出力されたパルスレーザビームの、例えば250fsのパルス幅をパルスストレッチャ53によって100psと大きく引き伸ばした後、Yb:KYWからなる再生増幅器54によってパルスエネルギー5mJまで増幅し、パルスコンプレッサ55によって300fsまでパルス圧縮を行った。その結果、ピークパワー16GWのパルスレーザビームを得ることができた。チャープパルス増幅器56からのパルスレーザビームを可動ステージ60上の金属薄膜であるサンプル59に集光することで高精度な微細穴あけ加工ができた。   The pulse width of the pulse laser beam output from the mode-locked solid-state laser device 51, for example, is greatly expanded to 100 ps by a pulse stretcher 53 to 100 ps, and then amplified to a pulse energy of 5 mJ by a regenerative amplifier 54 composed of Yb: KYW. 55 was pulse compressed to 300fs. As a result, a pulsed laser beam with a peak power of 16 GW was obtained. By condensing the pulse laser beam from the chirped pulse amplifier 56 onto the sample 59, which is a metal thin film on the movable stage 60, a highly accurate fine drilling process was achieved.

従来のレーザ加工装置の光源として用いられている従来のモード同期固体レーザ装置は、本発明のモード同期固体レーザ装置と比較して装置全体が大きく内部構造が複雑であるため、高価格であり、出力の安定性も低いものであった。そのため、レーザ加工装置が高コスト化してしまうことや、加工精度が劣化してしまう問題があった。しかし、本発明のモード同期固体レーザ装置は小型かつ低コストで、出力高安定性であるため、このモード同期固体レーザ装置をレーザ加工装置に用いることで、レーザ加工装置の低コスト化および高い精度での加工が可能となる。   The conventional mode-locked solid-state laser device used as the light source of the conventional laser processing device is expensive because the entire device is large and the internal structure is complicated compared to the mode-locked solid-state laser device of the present invention, The output stability was also low. For this reason, there are problems that the laser processing apparatus is increased in cost and the processing accuracy is deteriorated. However, since the mode-locked solid-state laser device of the present invention is small, low-cost, and has high output stability, the use of this mode-locked solid-state laser device in a laser processing device can reduce the cost and accuracy of the laser processing device. Can be processed.

本発明の一実施形態による負分散ミラーの構成を示す模式図Schematic diagram showing the configuration of a negative dispersion mirror according to an embodiment of the present invention. 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例1Example 1 of film configuration of negative dispersion mirror of the present invention 設計例1の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフThe graph which shows the reflectance and dispersion amount in the negative dispersion mirror of the design example 1 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例2Example 2 of film configuration of negative dispersion mirror of the present invention 設計例2の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフGraph showing reflectance and amount of dispersion in negative dispersion mirror of design example 2 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例3Example 3 of film configuration of negative dispersion mirror of the present invention 設計例3の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフThe graph which shows the reflectance and dispersion amount in the negative dispersion mirror of the design example 3 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例4Example 4 of film configuration of negative dispersion mirror of the present invention 設計例4の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフGraph showing reflectivity and dispersion amount in negative dispersion mirror of design example 4 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例5Example 5 of film configuration of negative dispersion mirror of the present invention 設計例5の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフGraph showing reflectance and dispersion amount in negative dispersion mirror of design example 5 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例6Example 6 of film configuration of negative dispersion mirror of the present invention 設計例6の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフGraph showing reflectance and amount of dispersion in negative dispersion mirror of design example 6 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例7Example 7 of design of film configuration of negative dispersion mirror of the present invention 設計例7の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフGraph showing reflectivity and dispersion amount in negative dispersion mirror of design example 7 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例8Example 8 of design of film structure of negative dispersion mirror of the present invention 設計例8の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフThe graph which shows the reflectance and dispersion amount in the negative dispersion mirror of the design example 8 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例9Example 9 of film configuration of negative dispersion mirror of the present invention 設計例9の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフThe graph which shows the reflectance and dispersion amount in the negative dispersion mirror of the design example 9 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例10Example 10 of film configuration of negative dispersion mirror of the present invention 10 設計例10の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフThe graph which shows the reflectance and dispersion amount in the negative dispersion mirror of the design example 10 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例11Example 11 of film configuration of negative dispersion mirror of the present invention 設計例11の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフThe graph which shows the reflectance and dispersion amount in the negative dispersion mirror of the design example 11 本発明の負分散ミラーの膜構成の設計例12Example 12 of film configuration of negative dispersion mirror of the present invention 設計例12の負分散ミラーにおける反射率および分散量を示すグラフThe graph which shows the reflectance and dispersion amount in the negative dispersion mirror of the design example 12 出力ミラーとして用いられる負分散ミラーの構成を示す模式図Schematic diagram showing the configuration of a negative dispersion mirror used as an output mirror 本発明の第一の実施形態のモード同期固体レーザ装置の概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of the mode-locked solid-state laser apparatus of 1st embodiment of this invention 本発明の第二の実施形態のモード同期固体レーザ装置の概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of the mode-locked solid-state laser apparatus of 2nd embodiment of this invention 本発明の非線形光学イメージング装置の実施形態を示す概略構成図1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a nonlinear optical imaging apparatus of the present invention. 図17に示した実施形態の設計変更例を示す図The figure which shows the example of a design change of embodiment shown in FIG. 本発明の光パルス分散補償装置の実施形態を示す概略構成図1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an optical pulse dispersion compensation apparatus of the present invention. 本発明のレーザ加工装置の実施形態を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing an embodiment of a laser processing apparatus of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1、5 負分散ミラー
3 ガラス基板
4、7 多層膜構造
6 凹面ガラス基板
C キャビティ層
ML1 ML2 ミラー機能層部
8 反射防止膜
10 励起光
11 半導体レーザ
12 励起光学系
13、14 ダイクロイックミラー
15 固体レーザ媒質
16 SESAM(半導体可飽和吸収ミラー)
18 固体レーザ発振光
18a 出力光
19 凹面ミラー
1, 5 Negative dispersion mirror 3 Glass substrate 4, 7 Multilayer film structure 6 Concave glass substrate C Cavity layer ML 1 ML 2 Mirror functional layer 8 Antireflection film
10 Excitation light
11 Semiconductor laser
12 Excitation optics
13, 14 Dichroic mirror
15 Solid-state laser medium
16 SESAM (semiconductor saturable absorber mirror)
18 Solid-state laser oscillation light
18a output light
19 Concave mirror

Claims (15)

基板上に誘電体多層膜構造を有するミラーであって、
前記多層膜構造が、それぞれ複数の層が積層されてなる3つ以上のミラー機能層部、および各ミラー機能層部間に挟まれて配されて該挟まれたミラー機能層部間で所定の波長の光の共振を生じさせるキャビティ層から構成され、
前記キャビティ層が、前記多層膜構造中の全体に亘って互いに所定の間隔で前記ミラー機能層部を介在させて配置されており、
前記所定の波長の光に対して、分散量が−600fs2〜−3000fs2であり、かつ、反射率が97%〜99.5%であることを特徴とする負分散ミラー。
A mirror having a dielectric multilayer structure on a substrate,
The multilayer structure has three or more mirror function layer portions each formed by laminating a plurality of layers, and is disposed between each mirror function layer portion. Consists of a cavity layer that causes resonance of light of a wavelength,
The cavity layer is arranged with the mirror functional layer portion interposed at a predetermined interval throughout the multilayer film structure,
A negative dispersion mirror having a dispersion amount of −600 fs 2 to −3000 fs 2 and a reflectance of 97% to 99.5% with respect to light of the predetermined wavelength.
前記基板が凹面を有するものであり、前記多層膜構造が該凹面に設けられていることを特徴とする請求項1記載の負分散ミラー。   The negative dispersion mirror according to claim 1, wherein the substrate has a concave surface, and the multilayer film structure is provided on the concave surface. 前記分散量および前記反射率が、前記所定の波長が、10nm以上の帯域幅を有するものであることを特徴とする請求項1または2記載の負分散ミラー。   3. The negative dispersion mirror according to claim 1, wherein the dispersion amount and the reflectance are such that the predetermined wavelength has a bandwidth of 10 nm or more. 前記所定の波長の中心波長が、1000nm〜1100nmの範囲にあることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の負分散ミラー。   The negative dispersion mirror according to any one of claims 1 to 3, wherein a center wavelength of the predetermined wavelength is in a range of 1000 nm to 1100 nm. 前記所定の波長の中心波長が、700nm〜900nmの範囲にあることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の負分散ミラー。   4. The negative dispersion mirror according to claim 1, wherein a center wavelength of the predetermined wavelength is in a range of 700 nm to 900 nm. 5. 前記所定の波長の中心波長をλとしたとき、
前記キャビティ層の光学膜厚が、λ/2以上の厚さであることを特徴とする請求項1から5いずれか1項記載の負分散ミラー。
When the center wavelength of the predetermined wavelength is λ,
6. The negative dispersion mirror according to claim 1, wherein the optical thickness of the cavity layer is λ / 2 or more.
前記所定の波長の中心波長をλとしたとき、
前記ミラー機能層を構成する各層の光学膜厚が、λ/8以上かつλ/2未満の厚さであることを特徴とする請求項1から6いずれか1項記載の負分散ミラー。
When the center wavelength of the predetermined wavelength is λ,
7. The negative dispersion mirror according to claim 1, wherein an optical film thickness of each layer constituting the mirror functional layer is not less than λ / 8 and less than λ / 2.
前記ミラー機能層は、相対的に高い屈折率を有する層と、相対的に低い屈折率を有する層とが交互に5層以上積層されてなるものであることを特徴とする請求項1から7いずれか1項記載の負分散ミラー。   8. The mirror functional layer is formed by alternately laminating five or more layers having a relatively high refractive index and layers having a relatively low refractive index. The negative dispersion mirror according to any one of claims. 前記キャビティ層が、前記高い屈折率を有する層、あるいは前記低い屈折率を有する層と同一の材料で構成されていることを特徴とする請求項8記載の負分散ミラー。   9. The negative dispersion mirror according to claim 8, wherein the cavity layer is made of the same material as the layer having the high refractive index or the layer having the low refractive index. 前記高い屈折率を有する層が、
Ti、Zr、Hf、Nb、Al、Zn、Y、Sc、La、Ce、PrまたはTaの酸化物、およびZnの硫化物から選ばれる1つ、
または、これらの1つもしくは複数を含む混合物または化合物
からなるものであることを特徴とする請求項8または9記載の負分散ミラー。
The layer having a high refractive index,
One selected from oxides of Ti, Zr, Hf, Nb, Al, Zn, Y, Sc, La, Ce, Pr or Ta, and sulfides of Zn,
The negative dispersion mirror according to claim 8 or 9, wherein the negative dispersion mirror is made of a mixture or a compound containing one or more of them.
前記低い屈折率を有する層が、
Siの酸化物、およびCa、Li、Mg、Na、Th、Al、Hf、La、YまたはZrのフッ化物から選ばれる1つ、
または、これらの1つもしくは複数を含む混合物または化合物
からなるものであることを特徴とする請求項8から10いずれか1項記載の負分散ミラー。
The layer having a low refractive index,
One selected from oxides of Si and fluorides of Ca, Li, Mg, Na, Th, Al, Hf, La, Y or Zr,
The negative dispersion mirror according to any one of claims 8 to 10, wherein the negative dispersion mirror is made of a mixture or a compound containing one or more of these.
共振器と、
該共振器内に配置された固体レーザ媒質と、
前記共振器内に配置された可飽和吸収体とを備え、
前記共振器の一端を構成する出力ミラーが、請求項1から11いずれか1項記載の負分散ミラーであることを特徴とするモード同期固体レーザ装置。
A resonator,
A solid-state laser medium disposed in the resonator;
A saturable absorber disposed in the resonator,
The mode-locked solid-state laser device according to claim 1, wherein the output mirror constituting one end of the resonator is the negative dispersion mirror according to claim 1.
請求項1から11いずれか1項記載の負分散ミラーが少なくとも2つ、互いの多層膜構造が対向するように配置されてなることを特徴とする光パルス分散補償装置。   12. An optical pulse dispersion compensator comprising: at least two negative dispersion mirrors according to claim 1; and a multilayer film structure facing each other. 蛍光標識された被測定物質を含むサンプルに励起光を照射することにより前記サンプルから生じる蛍光を、前記サンプルに対して前記励起光の照射位置を相対的に2次元もしくは3次元に走査させつつ検出して2次元もしくは3次元イメージを取得する非線形光学イメージ装置であって、
前記励起光を出力する光源として、請求項12記載のモード同期固体レーザ装置を備えたことを特徴とする非線形光学イメージ装置。
Fluorescence generated from the sample by irradiating the sample containing the fluorescently-labeled substance to be measured while scanning the irradiation position of the excitation light relative to the sample in two or three dimensions. A non-linear optical image device for obtaining a two-dimensional or three-dimensional image,
13. A non-linear optical image device comprising the mode-locked solid-state laser device according to claim 12 as a light source for outputting the excitation light.
被加工物上にレーザ光を照射して該被加工物の加工を行うレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出力する光源として、請求項12記載のモード同期固体レーザ装置を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
A laser processing apparatus for processing a workpiece by irradiating the workpiece with laser light,
A laser processing apparatus comprising the mode-locked solid-state laser apparatus according to claim 12 as a light source for outputting the laser light.
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