JP2010109094A - Mode synchronous laser apparatus - Google Patents

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直史 笠松
Shogo Yamazoe
昇吾 山添
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mode synchronous laser apparatus which outputs ultrashort pulses, with high heat radiation characteristic, having a stable structure. <P>SOLUTION: The mode synchronous laser apparatus 10 includes a resonator containing an SESAM (semiconductor saturable absorption mirror) 14 and a negative dispersion mirror 20 controlling group speed dispersion within the resonator, a solid laser medium 16 which is arranged in the resonator to output oscillation light when excitation light enters, an excitation optical system 12 which causes the excitation light to enter the solid laser medium 16, and a resonator holder 34 integrated with a first support body 35B, which is held between the SEASAM 14 and the solid laser medium 16 while supports the SEASAM 14 and the solid laser medium 16, and a second support body 35C protruding along the resonator axial direction from the first support body 35B. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、モード同期レーザ装置に係り、特に、超短パルス光を出力するモード同期レーザ装置に関する。   The present invention relates to a mode-locked laser device, and more particularly, to a mode-locked laser device that outputs ultrashort pulsed light.

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が活発に開発されている。中でも、フェムト秒領域のいわゆる超短パルス光を発生する超短パルスレーザは、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 lasers using a semiconductor laser (LD) as an excitation light source and doped with rare earth ions (or transition metal ions) have been actively developed. Above all, ultra-short pulse lasers that generate so-called ultra-short pulse light in the femtosecond range have been explored, proposed, verified, and put into practical use in a wide variety of application fields such as medicine, biotechnology, mechanical industry, and measurement. Yes.

この超短パルスレーザは、モード同期と呼ばれる動作により超短パルスを発生している。モード同期は、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 ultrashort pulse laser generates an ultrashort 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). Therefore, due to multimode interference between longitudinal modes. This is a phenomenon that results in a very short pulse in the time domain.

一般に、レーザ共振器を構成するミラーの一つに半導体可飽和吸収ミラー(Semiconductor Saturable Absorbing Mirror:SESAM)を用い、そのSESAMにおけるパルス急峻化の効果によりモード同期動作させることが行われている。さらに、フェムト秒領域では、パルスの持つスペクトル帯域が広いため、共振器内の光学材料(レーザ結晶、共振器ミラー等)を通過する際に被る正の群速度分散を補償することが必要である。   In general, a semiconductor saturable absorbing mirror (SESAM) is used as one of mirrors constituting a laser resonator, and a mode-synchronized operation is performed by the effect of pulse sharpening in the SESAM. Furthermore, in the femtosecond region, since the spectral band of the pulse is wide, it is necessary to compensate for the positive group velocity dispersion experienced when passing through the optical material (laser crystal, resonator mirror, etc.) in the resonator. .

SESAMを共振器ミラーとして配置しモード同期を始動させ、共振器内を周回する光パルスによる自己位相変調効果と群速度分散の補償を共振器内で行うことで、フェムト秒領域のパルスを得る方法を特にソリトンモード同期と言う。この手法が、自己開始可能で、他の手法(Kerrレンズモード同期等)に比べアライメントずれに強い優れた実用手法として、広く採用されてきている。   A method of obtaining a pulse in the femtosecond region by arranging SESAM as a resonator mirror, starting mode synchronization, and performing compensation of self-phase modulation effect and group velocity dispersion by a light pulse circulating in the resonator in the resonator. This is especially called soliton mode synchronization. This method has been widely adopted as an excellent practical method that can be self-started and is more resistant to misalignment than other methods (such as Kerr lens mode synchronization).

ソリトンモード同期に限らず広くモード同期レーザでは、従来、繰り返し周波数は80MHzに相当する共振器長2mクラスの大型のものが報告されてきた(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, not only soliton mode locking but a wide mode-locking laser has been reported that has a large repetition rate of a resonator length of 2 m class corresponding to a repetition frequency of 80 MHz (for example, see Patent Document 1).

繰り返し周波数PRFは、光速をC、共振器長をLcavとした場合にPRF=C/2Lcavで表わされ、Lcavが2mの場合、PRFは75MHzに相当する。大型の超短パルスレーザは、適度な繰返し周波数(50MHz〜100MHz)と比較的高いピークパワー(100kW〜1MW)を提供可能である。その反面、共振器の折り返しのためのミラー等が必要な上に共振器構造が複雑であるため、部品点数の増大、製造コストアップなど高コストになりがちである。さらに、大型なレーザでは一般的に出力の安定度が低いことが懸念される。これは、大型化すればするほど、共振器ミラーの僅かな機械的変動(位置ずれ)が、大きなビーム位置変動、ひいては出力変動を来すためである。通常の超短パルスレーザは、定期的なミラーアライメントが前提の運用がなされており、例えば、毎日の運用時にミラーの最適調整が必要である。 The repetition frequency PRF is represented by PRF = C / 2L cav when the speed of light is C and the resonator length is L cav . When L cav is 2 m, the PRF corresponds to 75 MHz. A large ultrashort pulse laser can provide a moderate repetition frequency (50 MHz to 100 MHz) and a relatively high peak power (100 kW to 1 MW). On the other hand, a mirror or the like for folding the resonator is required, and the resonator structure is complicated, which tends to increase the number of parts and increase the manufacturing cost. Furthermore, there is a concern that the output stability of a large laser is generally low. This is because as the size is increased, a slight mechanical variation (positional deviation) of the resonator mirror causes a large beam position variation and consequently an output variation. Ordinary ultrashort pulse lasers are operated on the premise of periodic mirror alignment. For example, the mirror needs to be optimally adjusted every day.

従って、レーザを小型に実装することで、低コストで高安定な超短パルスレーザが期待されている。小型化することにより、部品点数の削減により部品コストを下げ、かつ、共振器長や共振器ミラーの位置変動による出力変動を最小に抑制することが出来る。具体的には、共振器長がおよそ150mm以下、望ましくは75mm以下であれば、後述の一体型共振器構造を採用でき、安定度を高めることが出来る。   Therefore, an ultrashort pulse laser that is low in cost and highly stable is expected by mounting the laser in a small size. By downsizing, the component cost can be reduced by reducing the number of components, and the output fluctuation due to the resonator length and the position change of the resonator mirror can be minimized. Specifically, if the resonator length is about 150 mm or less, preferably 75 mm or less, an integrated resonator structure described later can be adopted, and the stability can be increased.

共振器の構成としては、直線型の構造を取ることで、折り返しのための光学部品を省くことができ、部品点数を最小に出来る。例えば特許文献1には、このような構造の固体レーザが開示されている。これは、共振器を一体型成形された金属ホルダーとし、その両端面にミラー取り付け面を設置し、レーザ結晶および共振器出力鏡を、体積収縮率1%以下の接着剤で極めて薄い層(2μm以下)で接着固定することで、光学的な共振器を構成するものである。こうすることで、小型で極めて安定な出力特性を実現している。接着面は鏡面研磨され、接着層の層厚は厳密に制御されている。特許文献1によれば、共振器長の変化は、一般空調下で5000h駆動後、0.02μmであった。   As a configuration of the resonator, by taking a linear structure, optical components for folding can be omitted, and the number of components can be minimized. For example, Patent Document 1 discloses a solid-state laser having such a structure. This is because the resonator is an integrally formed metal holder, mirror mounting surfaces are installed on both end faces, and the laser crystal and the resonator output mirror are made of an extremely thin layer (2 μm) with an adhesive having a volume shrinkage of 1% or less. The optical resonator is configured by bonding and fixing in the following). By doing so, a small and extremely stable output characteristic is realized. The adhesive surface is mirror-polished, and the thickness of the adhesive layer is strictly controlled. According to Patent Document 1, the change in resonator length was 0.02 μm after driving for 5000 h under general air conditioning.

一方、直線型で小型の超短パルスレーザが特許文献2〜4に開示されている。それぞれ、モード同期に必要な半導体可飽和吸収ミラー(SESAM)を共振器ミラーの一端として備えている。SESAMとレーザ結晶を近接あるいは密着させ、SESAM上に共振器ウエストを持たせることで、SESAMとレーザ結晶の双方に別々に共振器スポットを形成する従来の場合に比べ、直線型で小型化が可能である。   On the other hand, Patent Documents 2 to 4 disclose linear and small ultrashort pulse lasers. Each includes a semiconductor saturable absorption mirror (SESAM) necessary for mode locking as one end of the resonator mirror. By making SESAM and laser crystal close to each other or closely contacting each other and having a resonator waist on SESAM, it is possible to reduce the size of the linear type compared to the conventional case where resonator spots are separately formed on both SESAM and laser crystal. It is.

特許文献2記載の超短パルスレーザにおいては、高い繰り返し周波数、具体的には1GHz以上の繰返し周波数のモード同期レーザを実現する構成となっている。この発明の目的は高い繰り返し周波数を実現することであるが、1GHzは共振器長で15cmに相当するので、15cm以下の共振器長の小型で且つ高繰り返し周波数の超短パルスレーザを実現することと同等となる。特許文献2には、レーザ媒質の誘導放出断面積(>0.8×10−18cm)、SESAMの吸収深さΔR(<0.5%)等が規定されている。 The ultrashort pulse laser described in Patent Document 2 is configured to realize a mode-locked laser having a high repetition frequency, specifically, a repetition frequency of 1 GHz or more. The object of the present invention is to realize a high repetition frequency. Since 1 GHz corresponds to a resonator length of 15 cm, it is possible to realize a small and high repetition frequency ultrashort pulse laser with a resonator length of 15 cm or less. Is equivalent to Patent Document 2 defines a stimulated emission cross-sectional area (> 0.8 × 10 −18 cm 2 ) of a laser medium, an absorption depth ΔR (<0.5%) of SESAM, and the like.

また、特許文献2には、レーザ結晶の前側端面に施された曲率ミラーを出力鏡とし、レーザ結晶のリア側に配置されたSESAMから成る直線型レーザ共振器の構成が開示されている。また、SESAMとレーザ結晶の間でエタロン干渉を起こすことで、Gires−Tournois干渉計(GTI干渉)による負分散を生じさせ、分散補償とする構成が開示されている。   Further, Patent Document 2 discloses a configuration of a linear laser resonator composed of SESAM arranged on the rear side of a laser crystal using a curvature mirror provided on the front end face of the laser crystal as an output mirror. Further, a configuration is disclosed in which dispersion compensation is performed by causing negative dispersion by a Gires-Tournois interferometer (GTI interference) by causing etalon interference between the SESAM and the laser crystal.

また、特許文献3には、超短パルスレーザを高繰り返し周波数で動作させる目的の小型の超短パルスレーザが開示されている。具体的には、レーザ結晶のリア側端面にコーティングされた可飽和吸収体と、曲面チャープミラー(負分散ミラー)とで構成される直線型モード同期レーザが開示されている。   Patent Document 3 discloses a small ultrashort pulse laser for the purpose of operating an ultrashort pulse laser at a high repetition frequency. Specifically, there is disclosed a linear mode-locked laser composed of a saturable absorber coated on the rear side end face of a laser crystal and a curved chirp mirror (negative dispersion mirror).

また、特許文献4には、負分散ミラーとレーザ結晶に近接して配置されたSESAMにより構成された直線型レーザ共振器を備えた極めてコンパクトな超短パルスレーザが開示されている。SESAM、負分散出力鏡、及びレーザ結晶を分離して配置することで、設計の自由度、熱的な干渉、共振器長の自由度があり、好適な構造と言える。
特許第3378103号公報(第1図) 米国特許第7106764号明細書(第15図) 特開平11−168252号公報(第3図) 特開2008−28379号公報(第1図)
Further, Patent Document 4 discloses an extremely compact ultrashort pulse laser including a linear laser resonator composed of SESAM arranged close to a negative dispersion mirror and a laser crystal. By disposing SESAM, the negative dispersion output mirror, and the laser crystal separately, there are design freedom, thermal interference, and resonator length freedom, which can be said to be a suitable structure.
Japanese Patent No. 3378103 (FIG. 1) US Pat. No. 7,106,764 (FIG. 15) Japanese Patent Laid-Open No. 11-168252 (FIG. 3) Japanese Patent Laying-Open No. 2008-28379 (FIG. 1)

しかしながら、特許文献1記載の発明は、一体型共振器構造を半導体レーザ励起固体レーザへ適用することを主眼としている。さらに詳しく言えば、連続動作であって、共振器内部に非線形光学結晶が配置された内部共振器型第2高調波レーザを小型・高安定・低コストに実現することを主目的としている。従って、超短パルスレーザへ適用した場合にどのようにすれば小型、低コスト、及び高安定動作が可能な超短パルスレーザが得られるのか等については特許文献1には記載されていない。   However, the invention described in Patent Document 1 is focused on applying the integrated resonator structure to a semiconductor laser pumped solid-state laser. More specifically, the main object is to realize an internal resonator type second harmonic laser that is continuous operation and has a nonlinear optical crystal disposed inside the resonator in a small size, high stability, and low cost. Therefore, Patent Document 1 does not describe how to obtain an ultrashort pulse laser capable of being small, low cost, and highly stable when applied to an ultrashort pulse laser.

また、特許文献2に記載された超短パルスレーザは、レーザ共振器がレーザ結晶とSESAMが接合された準モノリシック構造であり、レーザ結晶、SESAMなどを配置する共振器ホルダーについて何ら記述が無く、どのような構造にすれば小型、低コスト、及び高安定動作が可能な超短パルスレーザが得られるのか等については特許文献2には記載されていない。また、本構造は、実際に繰り返し周波数10GHz程度で駆動させることを想定した場合(共振器長1.5cmのモノリシック構造)に好適であり、逆に、1GHz(共振器長15cm)〜5GHz(共振器長5cm)程度の場合、モノリシック構造の実現は難しく、適用が困難である。   The ultrashort pulse laser described in Patent Document 2 has a quasi-monolithic structure in which a laser resonator is joined to a laser crystal and SESAM, and there is no description of a resonator holder in which the laser crystal, SESAM, etc. are arranged, Patent Document 2 does not describe what kind of structure can be used to obtain an ultrashort pulse laser capable of small size, low cost, and high stable operation. This structure is suitable for the case where it is assumed that the driving is actually performed at a repetition frequency of about 10 GHz (monolithic structure having a resonator length of 1.5 cm), and conversely, 1 GHz (resonator length of 15 cm) to 5 GHz (resonance). In the case of a length of about 5 cm), it is difficult to realize a monolithic structure and it is difficult to apply.

また、特許文献3に記載された超短パルスレーザでは、曲面チャープミラーとレーザ結晶は空間的に離隔しているが、特許文献3にはそれらを支持する共振器ホルダーに関する記述は無く、どのような構造にすれば小型、低コスト、及び高安定動作が可能な超短パルスレーザが得られるのか等については記載されていない。   Further, in the ultrashort pulse laser described in Patent Document 3, the curved chirp mirror and the laser crystal are spatially separated from each other. However, Patent Document 3 does not describe a resonator holder that supports them. There is no description as to whether an ultrashort pulse laser capable of small size, low cost, and high stable operation can be obtained with such a structure.

また、特許文献4も、共振器を構成する光学部品を離間して配置するための共振器ホルダーについての記述は無く、どのような構造にすれば小型、低コスト、及び高安定動作が可能な超短パルスレーザが得られるのか等については記載されていない。   In addition, Patent Document 4 also does not describe a resonator holder for arranging optical components constituting the resonator so as to be separated from each other. What kind of structure can be used to achieve small size, low cost, and high stability operation. It is not described whether an ultrashort pulse laser can be obtained.

このように、超短パルスレーザに関する発明が開示された特許文献2〜4には、共振器ホルダーの構成や構造についての開示は無く、具体的にどのように実装すれば、小型・低コストで安定な超短パルスレーザが実現できるかは開示されていない。また、共振器の構造規定、共振器長の温度制御など、安定性に関しては考慮されていない。   As described above, Patent Documents 2 to 4 in which inventions related to ultrashort pulse lasers are disclosed do not disclose the configuration and structure of the resonator holder, and how to mount them can be reduced in size and cost. It is not disclosed whether a stable ultrashort pulse laser can be realized. In addition, stability is not taken into consideration, such as structure definition of the resonator and temperature control of the resonator length.

さらに、SESAMや固体レーザ媒質で発生する熱を効率良く放熱することが可能で且つ剛性が高く安定した構造の超短パルスレーザは未だ提案されていない。   Furthermore, an ultrashort pulse laser that can efficiently dissipate heat generated in SESAM or a solid laser medium and has a stable structure with high rigidity has not yet been proposed.

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、超短パルスを出力するモード同期レーザ装置であって放熱性が高く且つ安定した構造のモード同期レーザ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a mode-locked laser device that outputs an ultrashort pulse and has a high heat dissipation and a stable structure. To do.

上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、半導体可飽和吸収ミラー及び共振器内の群速度分散を制御するための負分散ミラーを含む共振器と、前記共振器内に配置され、励起光が入射されることにより発振光を出力する固体レーザ媒質と、前記励起光を前記固体レーザ媒質に入射させる励起手段と、前記半導体可飽和吸収ミラー及び前記固体レーザ媒質との間に挟まれると共に前記半導体可飽和吸収ミラー及び前記固体レーザ媒質を支持する第1の支持体と、前記第1の支持体から前記第1の支持体と交差する方向に沿って突出した第2の支持体と、が一体形成された共振器ホルダーと、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is arranged in a resonator including a semiconductor saturable absorber mirror and a negative dispersion mirror for controlling group velocity dispersion in the resonator, It is sandwiched between a solid-state laser medium that outputs oscillation light when the excitation light is incident, excitation means that causes the excitation light to enter the solid-state laser medium, the semiconductor saturable absorption mirror, and the solid-state laser medium. And a first support that supports the semiconductor saturable absorption mirror and the solid-state laser medium, and a second support that protrudes from the first support in a direction intersecting the first support. And a resonator holder integrally formed.

この発明によれば、共振器ホルダーが、前記半導体可飽和吸収ミラー及び前記固体レーザ媒質との間に挟まれると共に前記半導体可飽和吸収ミラー及び前記固体レーザ媒質を支持する第1の支持体と、第1の支持体から第1の支持体と交差する方向に沿って突出した第2の支持体と、が一体形成された構成となっており、第1の支持体を挟むように半導体可飽和吸収ミラー及び固体レーザ媒質が支持される構成となっている。このため、半導体可飽和吸収ミラー及び固体レーザ媒質の放熱性を高くすることができると共に、第1の支持体が薄い場合でも第2の支持体によって共振器ホルダーの剛性を高めることができるため、安定した構造とすることができる。   According to this invention, a resonator holder is sandwiched between the semiconductor saturable absorption mirror and the solid-state laser medium, and the first support that supports the semiconductor saturable absorption mirror and the solid-state laser medium; The second support that protrudes along the direction intersecting the first support from the first support is integrally formed, and the semiconductor is saturable so as to sandwich the first support The absorption mirror and the solid-state laser medium are supported. For this reason, while being able to improve the heat dissipation of a semiconductor saturable absorption mirror and a solid state laser medium, even when the first support is thin, the second support can increase the rigidity of the resonator holder. A stable structure can be obtained.

なお、請求項2に記載したように、前記半導体可飽和吸収ミラーの光入射面が前記第1の支持体の一方の面に取り付けられた構成とすることが好ましい。これにより、半導体可飽和吸収ミラーの光入射面と反対側の面を共振器ホルダーに取り付ける場合と比較して、共振器ホルダーを容易かつ低コストで高精度に製造することができる。このため、半導体可飽和吸収ミラーを共振器ホルダーに容易且つ精度良く取り付けることができ、その結果、小型、低コスト、及び高安定動作が可能となる。   Note that, as described in claim 2, it is preferable that a light incident surface of the semiconductor saturable absorbing mirror is attached to one surface of the first support. Thereby, compared with the case where the surface opposite to the light incident surface of the semiconductor saturable absorber mirror is attached to the resonator holder, the resonator holder can be easily manufactured at low cost and with high accuracy. Therefore, the semiconductor saturable absorber mirror can be easily and accurately attached to the resonator holder, and as a result, small size, low cost, and highly stable operation are possible.

また、請求項3に記載したように、前記第1の支持体の前記第1の支持体と交差する方向における長さが、レーリー長の半分以下であることが好ましい。これにより、発振光のスポット径を良好に維持することができる。   As described in claim 3, it is preferable that the length of the first support in the direction intersecting the first support is not more than half of the Rayleigh length. Thereby, the spot diameter of the oscillation light can be maintained satisfactorily.

また、請求項4に記載したように、前記第2の支持体の前記第1の支持体と交差する方向における長さが、前記第1の支持体の前記第1の支持体と交差する方向における長さの2倍以上であることが好ましい。これにより、より共振器ホルダーの剛性を高めることができる。   In addition, as described in claim 4, a length of the second support in a direction intersecting with the first support is a direction in which the first support intersects with the first support. It is preferable that the length is at least twice the length. Thereby, the rigidity of the resonator holder can be further increased.

また、請求項5に記載したように、前記共振器ホルダーに、前記負分散ミラーが取り付けられた構成としてもよい。   Further, as described in claim 5, the negative dispersion mirror may be attached to the resonator holder.

本発明によれば、超短パルスを出力するモード同期レーザ装置であって放熱性が高く且つ安定した構造のモード同期レーザ装置を提供することができる、という効果を有する。   According to the present invention, there is an effect that it is possible to provide a mode-locked laser device that outputs an ultrashort pulse and has a high heat dissipation property and a stable structure.

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

図1(A)には、モード同期レーザ装置10の概略平面図、同図(B)には、概略側面図を示した。同図(A)、(B)に示すように、モード同期レーザ装置10は、励起光学系12、SESAM14、固体レーザ媒質16、ダイクロイックミラー18、負分散ミラー20、ペルチェ素子22、ペルチェ駆動部24、ビームスプリッター40、フォトダイオード42、及び制御部44を含んで構成されている。   1A is a schematic plan view of the mode-locked laser device 10, and FIG. 1B is a schematic side view. As shown in FIGS. 2A and 2B, the mode-locked laser device 10 includes an excitation optical system 12, a SESAM 14, a solid-state laser medium 16, a dichroic mirror 18, a negative dispersion mirror 20, a Peltier element 22, and a Peltier drive unit 24. , A beam splitter 40, a photodiode 42, and a control unit 44.

図1(A)に示すように、励起光学系12は、励起用光源としての半導体レーザ26及びセルフォックレンズ28を含んで構成されており、例えば銅から成る部材により構成された励起光学系ホルダー30上に例えば接着により固定されている。   As shown in FIG. 1A, the excitation optical system 12 includes a semiconductor laser 26 as a light source for excitation and a Selfoc lens 28. For example, the excitation optical system holder is composed of a member made of copper. It is fixed on 30 by, for example, adhesion.

SESAM14、固体レーザ媒質16、負分散ミラー20、及びダイクロイックミラー18が取り付けられたダイクロイックミラーホルダー32は、直線上、すなわちパルス光Lの方向(共振器軸方向)に沿って配置され、共振器ホルダー34に例えば接着により固定されている。なお、励起光学系12は、図1(B)では図示を省略している。   The dichroic mirror holder 32 to which the SESAM 14, the solid-state laser medium 16, the negative dispersion mirror 20, and the dichroic mirror 18 are attached is arranged on a straight line, that is, along the direction of the pulsed light L (resonator axial direction). For example, it is fixed to 34 by adhesion. The excitation optical system 12 is not shown in FIG.

共振器ホルダー34は、図1(B)に示すように、側面から見た場合に共振器軸方向に沿った基本支持体35A、共振器軸方向に基本支持体35Aから共振器軸方向と直行する方向に突出した第1の支持体35B、第1の支持体35Bから共振器軸方向に沿って突出した第2の支持体35C、及び第3の支持体35Dが一体形成された略U字型の形状とされている。そして、第1の支持体35B、第3の支持体35Dには、パルス光Lを通過させるための孔38A、38Bが各々形成されている。   As shown in FIG. 1 (B), the resonator holder 34 has a basic support 35A along the resonator axial direction when viewed from the side, and is orthogonal to the resonator axial direction from the basic support 35A in the resonator axial direction. A substantially U-shape in which a first support 35B that protrudes in the direction in which the first support 35B projects, a second support 35C that protrudes along the resonator axis direction from the first support 35B, and a third support 35D are integrally formed. The shape of the mold. The first support 35B and the third support 35D are formed with holes 38A and 38B for allowing the pulsed light L to pass therethrough.

SEASAM14及び固体レーザ媒質16は、第1の支持体35Bを挟むようにして第1の支持体35Bに例えば接着により固定されている。また、第1の支持体35Bから共振器軸方向に沿って第2の支持体35Cが突出した構成としている。このような構成とすることにより、第1の支持体35Bが薄い場合でも第2の支持体35Cによって共振器ホルダー34の剛性を高めることができると共に、動作の安定性を向上させることができる。   The SEASAM 14 and the solid-state laser medium 16 are fixed to the first support 35B by, for example, adhesion so as to sandwich the first support 35B. In addition, the second support 35C protrudes from the first support 35B along the resonator axial direction. With such a configuration, even when the first support 35B is thin, the rigidity of the resonator holder 34 can be increased by the second support 35C, and the operation stability can be improved.

なお、第1の支持体35Bの共振器軸方向における長さ(厚み)bは、発振光のスポット径が維持される距離であるレーリー長の半分以下であることが好ましい。これにより発振光のスポット径を良好に維持することができる。   The length (thickness) b of the first support 35B in the resonator axis direction is preferably less than or equal to half of the Rayleigh length, which is the distance at which the spot diameter of the oscillation light is maintained. Thereby, the spot diameter of the oscillation light can be maintained satisfactorily.

また、第2の支持体35Cの共振器軸方向における長さaは、第1の支持体35Bの前記共振器軸方向における長さbの2倍以上であることが好ましい。これにより、共振器ホルダー34の剛性をより高めることができる。   In addition, the length a of the second support 35C in the resonator axial direction is preferably at least twice the length b of the first support 35B in the resonator axial direction. Thereby, the rigidity of the resonator holder 34 can be further increased.

また、共振器ホルダー34は、熱伝導性と剛性の高い金属を使用することが好ましく、銅が好適である。さらに切削性を考慮しTeが添加された銅がより好ましい。   The resonator holder 34 is preferably made of a metal having high thermal conductivity and rigidity, and copper is preferable. Furthermore, considering the machinability, copper to which Te is added is more preferable.

励起光学系ホルダー30及び共振器ホルダー34は、図1(B)に示す銅板36上に固定されている。   The excitation optical system holder 30 and the resonator holder 34 are fixed on a copper plate 36 shown in FIG.

銅板36には、基板46上に設けられた後述するペルチェ素子22が取り付けられている。励起光学系12、SESAM14、固体レーザ媒質16、ダイクロイックミラー18、負分散ミラー20、ペルチェ素子22、ビームスプリッター40、及びフォトダイオード42は、基板46上に封止部材48によって封止されることにより密閉されており、外界と遮断されている。封止部材48には、パルス光Lを外部へ出力するための透過窓48Aが設けられている。   A Peltier element 22, which will be described later, provided on a substrate 46 is attached to the copper plate 36. The excitation optical system 12, SESAM 14, solid-state laser medium 16, dichroic mirror 18, negative dispersion mirror 20, Peltier element 22, beam splitter 40, and photodiode 42 are sealed on a substrate 46 by a sealing member 48. It is sealed and isolated from the outside world. The sealing member 48 is provided with a transmission window 48A for outputting the pulsed light L to the outside.

なお、封止部材48の基板46への封止方法としては、例えばレーザ溶接や電気溶接等の溶接やシーム接合、半田付け、接着剤による接着等の種々公知の手法を用いることができる。   In addition, as a sealing method of the sealing member 48 to the board | substrate 46, various well-known methods, such as welding, such as laser welding and electric welding, seam joining, soldering, adhesion | attachment with an adhesive agent, can be used, for example.

SESAM14は、半導体可飽和吸収ミラーデバイスであり、本実施形態では、一例として変調深さ(ΔR)が0.6%、飽和フルーエンスが70μJ/cmである。 The SESAM 14 is a semiconductor saturable absorption mirror device. In the present embodiment, as an example, the modulation depth (ΔR) is 0.6%, and the saturation fluence is 70 μJ / cm 2 .

このSESAM14と負分散ミラー20とにより共振器が構成されている。この共振器の共振器長は、共振器及び固体レーザ媒質16等を一体的に支持する共振器ホルダー34が、十分な精度で加工できる範囲でより短いことが好ましい。具体的には、温度変動による部材の機械的変動を考慮すると、共振器長は150mm以下、より好適には75mm以下であることが好ましい。   The SESAM 14 and the negative dispersion mirror 20 constitute a resonator. The resonator length of this resonator is preferably shorter as long as the resonator holder 34 that integrally supports the resonator and the solid-state laser medium 16 can be processed with sufficient accuracy. Specifically, considering the mechanical variation of the member due to temperature variation, the resonator length is preferably 150 mm or less, more preferably 75 mm or less.

固体レーザ媒質16は、例えばイッテルビウム(Yb)を添加した固体レーザ結晶であり、具体的にはYb:KYW(KY(WO)、Yb:KGW(KGd(WO)、Yb:YAG(YAl12)、Yb:YLF(LiYF)、Yb:YVO等が挙げられる。また、これに限らず、Nd系(Nd:YAG、Nd:YVO、Nd:Glass)や、遷移金属系(Cr:LiSAF(LiSrAlF)、Cr:LiCAF(LiCaAlF)、Ti:Sapphire等)を用いてもよい。 The solid-state laser medium 16 is, for example, a solid-state laser crystal to which ytterbium (Yb) is added. Specifically, Yb: KYW (KY (WO 4 ) 2 ), Yb: KGW (KGd (WO 4 ) 2 ), Yb: YAG (Y 3 Al 5 O 12 ), Yb: YLF (LiYF 4), Yb: YVO 4 , and the like. Further, the present invention is not limited to this, but Nd-based (Nd: YAG, Nd: YVO 4 , Nd: Glass), transition metal-based (Cr: LiSAF (LiSrAlF 6 ), Cr: LiCAF (LiCaAlF 6 ), Ti: Sapphire, etc.) May be used.

また、固体レーザ媒質16の厚みと濃度は、励起光を十分に、例えば90%の効率で吸収することが出来るように設定される。本実施形態では、一例として厚みが1.5mm、Ybの添加濃度が5at%である。固体レーザ媒質16の両面は光学研磨され、発振光の波長(一例として1045nm)、励起光の波長(一例として980nm)に対し低反射(一例として反射率が0.5%以下)の反射防止コーティングが施されている。   The thickness and concentration of the solid-state laser medium 16 are set so that the excitation light can be sufficiently absorbed, for example, with an efficiency of 90%. In the present embodiment, as an example, the thickness is 1.5 mm and the additive concentration of Yb is 5 at%. Both surfaces of the solid-state laser medium 16 are optically polished to provide an antireflection coating having low reflection (for example, a reflectance of 0.5% or less) with respect to the wavelength of oscillation light (for example, 1045 nm) and the wavelength of excitation light (for example, 980 nm). Is given.

このような固体レーザ媒質16は、例えば特許第3450073号公報に記載された方法により共振器ホルダー34に接着される。   Such a solid laser medium 16 is bonded to the resonator holder 34 by a method described in, for example, Japanese Patent No. 3450073.

なお、図1では、固体レーザ媒質16は、その光入射面及び光出射面が共振器軸に対して直交するように配置されているが、共振器軸と直交する方向に対して数度(例えば2度〜5度)傾けて配置するようにしてもよい。これにより、共振器を周回している光パルスが、各光学部品の境界において残留反射する成分(サテライト成分)を抑制することが出来る。なお、これ以上傾けると、非点収差によりビーム形状が歪みを生じると同時に、結晶に施された無反射コートの反射率の角度依存性から、内部損失を被る場合がある。   In FIG. 1, the solid-state laser medium 16 is arranged such that the light incident surface and the light emitting surface are orthogonal to the resonator axis, but several degrees ( For example, it may be arranged to be inclined. As a result, it is possible to suppress a component (satellite component) of the optical pulse that circulates around the resonator from remaining and reflecting at the boundary between the optical components. If tilted further, the beam shape may be distorted by astigmatism, and at the same time, an internal loss may occur due to the angular dependence of the reflectance of the non-reflective coating applied to the crystal.

ダイクロイックミラー18は、励起光学系12からの励起光を固体レーザ媒質16の方へ折り返すものであり、例えば励起光の波長に対して高反射(例えば反射率が95%以上)で、発振光の波長に対して低反射(例えば反射率が0.2%以下)のコーティングが施されており、これにより高効率な励起及び低内部損失が実現される。   The dichroic mirror 18 folds the excitation light from the excitation optical system 12 toward the solid-state laser medium 16, and is highly reflective (for example, a reflectance of 95% or more) with respect to the wavelength of the excitation light, for example. A coating having a low reflection (for example, a reflectance of 0.2% or less) with respect to the wavelength is applied, thereby realizing high-efficiency excitation and low internal loss.

ダイクロイックミラーホルダー32に固定されたダイクロイックミラー18は、共振器光軸に対してブリュースタ角になるように共振器内、すなわちSESAM14と負分散ミラー20との間に配置されている。   The dichroic mirror 18 fixed to the dichroic mirror holder 32 is disposed in the resonator, that is, between the SESAM 14 and the negative dispersion mirror 20 so as to have a Brewster angle with respect to the optical axis of the resonator.

負分散ミラー20は、共振器内の群速度分散を補償し、かつ、共振器内の光パルスの高いピークパワーにより固体レーザ媒質16において生ずる自己位相変調による正のチャープも補償する役割を担う。分散量は動作条件にも依存するが、0〜−3000fsec程度の分散量であることが好ましい。本実施形態では、負分散ミラー20の分散量は一例として−800fsecとする。 The negative dispersion mirror 20 plays a role of compensating for the group velocity dispersion in the resonator and also compensating for a positive chirp due to self-phase modulation generated in the solid-state laser medium 16 due to the high peak power of the optical pulse in the resonator. The amount of dispersion depends on operating conditions, but is preferably about 0 to -3000 fsec 2 . In the present embodiment, the dispersion amount of the negative dispersion mirror 20 is set to −800 fsec 2 as an example.

さらに、負分散ミラー20の透過率Tは、高反射(一例として反射率が99.8%)の場合は、0.2%であるが、ミラー設計により、例えば出力結合率をおよそ0.5〜3%程度に設定することで、最適な出力取り出しが可能である。本実施形態では、透過率は一例として1.8%とする。   Further, the transmittance T of the negative dispersion mirror 20 is 0.2% in the case of high reflection (as an example, the reflectance is 99.8%). By setting it to about ˜3%, optimum output extraction is possible. In this embodiment, the transmittance is 1.8% as an example.

負分散ミラー20の曲率半径は、共振器のガウスビーム伝搬設計により算出されるが、共振器スポット径を出来るだけ小さくするため、おおよそ共振器長と同程度の曲率半径を持たせ、ヘミスフェリカル型とすることが好適である。これにより、共振器スポットはおよそ50μm直径程度に抑えることができ、短共振器に伴うQスイッチ現象を回避することが出来る。また、これと同時に、励起光のスポット径との空間的な整合を良好に取ることが出来、高効率化が図れる。本実施形態では、一例として共振器長を50mmとし、負分散ミラー20の曲率半径も共振器長と同様50mmとする。   The radius of curvature of the negative dispersion mirror 20 is calculated by the Gaussian beam propagation design of the resonator. In order to make the resonator spot diameter as small as possible, the radius of curvature is approximately the same as the length of the resonator. Is preferable. As a result, the resonator spot can be suppressed to about 50 μm in diameter, and the Q-switch phenomenon associated with the short resonator can be avoided. At the same time, the spatial alignment with the spot diameter of the excitation light can be satisfactorily achieved, and high efficiency can be achieved. In the present embodiment, as an example, the resonator length is 50 mm, and the radius of curvature of the negative dispersion mirror 20 is also 50 mm, similar to the resonator length.

励起光学系12は、共振器軸に対して斜め方向から励起光をダイクロイックミラー18の方へ向けて出力し、ダイクロイックミラー18により反射された励起光が固体レーザ媒質16へ入射されることにより固体レーザ媒質16が励起される。   The excitation optical system 12 outputs the excitation light toward the dichroic mirror 18 from an oblique direction with respect to the resonator axis, and the excitation light reflected by the dichroic mirror 18 is incident on the solid-state laser medium 16 to enter the solid state. The laser medium 16 is excited.

励起光学系12の半導体レーザ26は、例えば波長980nm、エミッタ幅50μm、出力2Wの励起光を出力する半導体レーザを用いることができる。   As the semiconductor laser 26 of the excitation optical system 12, for example, a semiconductor laser that outputs excitation light having a wavelength of 980 nm, an emitter width of 50 μm, and an output of 2 W can be used.

また、半導体レーザ26から出射された励起光は、セルフォックレンズ28により集光される。集光スポット径は一例として略50μmφである。レーザ結晶の厚みと濃度は励起光を十分に、例えば90%の効率で、吸収することが出来るよう設定されている。   Further, the excitation light emitted from the semiconductor laser 26 is collected by the selfoc lens 28. The focused spot diameter is approximately 50 μmφ as an example. The thickness and concentration of the laser crystal are set so that the excitation light can be sufficiently absorbed, for example, with an efficiency of 90%.

SESAM14、固体レーザ媒質16、負分散ミラー20、及びダイクロイックミラーホルダー32が固定された共振器ホルダー34と励起光学系ホルダー30とが固定された銅板36には、ペルチェ素子22が取り付けられている。   A Peltier element 22 is attached to a copper plate 36 to which a resonator holder 34 to which the SESAM 14, the solid-state laser medium 16, the negative dispersion mirror 20, and the dichroic mirror holder 32 are fixed and the excitation optical system holder 30 are fixed.

共振器ホルダー34及び励起光学系ホルダー30は、ペルチェ素子22により温度調整される。ペルチェ素子22は、ペルチェ駆動部24により駆動される。   The temperature of the resonator holder 34 and the excitation optical system holder 30 is adjusted by the Peltier element 22. The Peltier element 22 is driven by a Peltier drive unit 24.

このように、共振器ホルダー34を温度調整可能なため、外部環境の温度が変動したとしても、共振器は一定の温度に保たれ、共振器長の変動、ミラー等の各部材の位置変動を最小に抑制することができる。これにより、極めて出力の安定な超短パルス光を出力することができる。   As described above, since the temperature of the resonator holder 34 can be adjusted, even if the temperature of the external environment fluctuates, the resonator is maintained at a constant temperature, and the variation in the resonator length and the position of each member such as a mirror can be changed. It can be minimized. As a result, it is possible to output ultrashort pulse light with extremely stable output.

また、励起光学系ホルダー30を温度調整可能なため、半導体レーザ26の温度変動による波長変動や励起光学系12と共振器との相対位置の変動等を抑制することができる。   Further, since the temperature of the excitation optical system holder 30 can be adjusted, fluctuations in wavelength due to temperature fluctuations of the semiconductor laser 26, fluctuations in the relative position between the excitation optical system 12 and the resonator, and the like can be suppressed.

また、一つの共振器ホルダー34にSESAM14、固体レーザ媒質16、負分散ミラー20、及びダイクロイックミラーホルダー32が固定された構成としているので、各部品用のホルダーを各々用意する必要がなく、簡単かつ小型な構成とすることができ、装置を低コストで作製することができる。   Further, since the SESAM 14, the solid-state laser medium 16, the negative dispersion mirror 20, and the dichroic mirror holder 32 are fixed to one resonator holder 34, it is not necessary to prepare holders for each component, and A small structure can be obtained, and the device can be manufactured at low cost.

共振器から出力された光の一部は、ビームスプリッター40によってフォトダイオード42の方へ反射され、その他の光は透過窓48Aから外部へ出力される。   A part of the light output from the resonator is reflected toward the photodiode 42 by the beam splitter 40, and the other light is output to the outside from the transmission window 48A.

フォトダイオード42は、ビームスプリッター40によって反射された光の例えば強度を検出し、電気信号に変換して制御部44へ出力する。制御部44は、フォトダイオード42で検出される光強度が略一定となるように半導体レーザ26を制御するパワー一定制御を行う。これにより、モード同期レーザ装置10の平均出力を略一定に維持することができる。   The photodiode 42 detects, for example, the intensity of the light reflected by the beam splitter 40, converts it into an electric signal, and outputs it to the control unit 44. The control unit 44 performs constant power control for controlling the semiconductor laser 26 so that the light intensity detected by the photodiode 42 is substantially constant. Thereby, the average output of the mode-locked laser device 10 can be maintained substantially constant.

また、SESAM14は、図1に示すように、固体レーザ媒質16を透過した光が入射する光入射面のうち、光が透過する部位以外の部位に接着剤が塗布されて共振器ホルダー34に接着される。このようにSESAM14の光入射面が共振器ホルダー34の一端側に接着された構成とすることにより、SESAM14に生じる熱を効率よく排熱し、熱による歪みに伴う動作の不安定性を極力取り除くことができる。なお、前述した特許文献1に記載されているように、SESAM14を共振器ホルダー34に接着する際の接着剤は、層厚が2μm以下で、かつ硬化率変化及び応力による層厚変化が1%以下である接着剤を用いることが好ましい。   As shown in FIG. 1, the SESAM 14 is bonded to the resonator holder 34 by applying an adhesive to a portion other than a portion through which light is transmitted, on a light incident surface on which light transmitted through the solid laser medium 16 is incident. Is done. Thus, by adopting a configuration in which the light incident surface of the SESAM 14 is bonded to one end side of the resonator holder 34, heat generated in the SESAM 14 can be efficiently exhausted, and instability of the operation due to distortion caused by heat can be removed as much as possible. it can. As described in Patent Document 1 described above, the adhesive used when bonding SESAM 14 to resonator holder 34 has a layer thickness of 2 μm or less, and a change in hardening rate and a change in layer thickness due to stress of 1%. It is preferable to use the following adhesive.

ちなみに、SESAM14の光入射面(前面)と反対側の面(背面)を共振器ホルダーに貼り付ける構造にする場合、例えば図2に示すような構造とすることが考えられる。しかしながら、図2に示すような構造とした場合、固体レーザ媒質16と近接して配置するためには、共振器ホルダー34の支持体34A、34Bの間隙の距離を極力短くする必要があるが、共振器ホルダー34を図2に示すような形状に高精度に切削加工することは困難であり製作コストが高くなる。また、非常に狭い支持体34A、34Bの間隙にSESAM14を入れて支持体34Aに均一に接着することは極めて困難である。   Incidentally, in the case where the surface (rear surface) opposite to the light incident surface (front surface) of SESAM 14 is attached to the resonator holder, for example, a structure as shown in FIG. 2 can be considered. However, in the case of the structure as shown in FIG. 2, in order to dispose the solid laser medium 16 in close proximity, it is necessary to shorten the distance between the supports 34A and 34B of the resonator holder 34 as much as possible. It is difficult to cut the resonator holder 34 into a shape as shown in FIG. 2 with high accuracy, and the manufacturing cost increases. In addition, it is extremely difficult to put the SESAM 14 in the gap between the very narrow supports 34A and 34B and to bond the SESAM 14 uniformly to the support 34A.

このため、本実施形態に係るモード同期レーザ装置10のように、SESAM14の前面を共振器ホルダー34の一端側に接着することにより、共振器ホルダー34を容易かつ高精度で製造することができると共に、均一に接着することが出来る。   Therefore, as in the mode-locked laser device 10 according to the present embodiment, the resonator holder 34 can be easily and highly accurately manufactured by bonding the front surface of the SESAM 14 to one end side of the resonator holder 34. , Can be bonded uniformly.

なお、共振器ホルダー34の形状は、図1(A)に示したコの字形状に限られるものではなく、図1(A)において少なくとも第1の支持体35Bと交差する方向、例えば共振器軸方向に第2の支持体が突出した形状であればよい。   Note that the shape of the resonator holder 34 is not limited to the U-shape shown in FIG. 1A, and in the direction intersecting at least the first support 35B in FIG. 1A, for example, a resonator. What is necessary is just the shape which the 2nd support body protruded in the axial direction.

本発明者は、上記構成のモード同期レーザ装置10により、平均出力600mW、パルス幅200fsec、繰り返し2.9GHz、ピークパワー1kWの超短パルス光を出力できることを確認した。このモード同期レーザ装置10の長期ランニング試験を実施したところ、3000h以上の経時試験、温度サイクル試験(15°C〜45°C)においても、特段のパワー制御を施さなくとも、出力変動が10%以下に抑制できることを確認した。また、本実施形態に係るモード同期レーザ装置10のように、SEASAM14及び固体レーザ媒質16が、第1の支持体35Bに支持された構成ではなく、第1の支持体35Bが設けられない構成のモード同期レーザ装置において上記の長期ランニング試験を実施した所、安定性は本実施形態に係るモード同期レーザ装置10に対して30%となり、安定性が低下することを確認した。   The inventor has confirmed that the mode-locked laser device 10 having the above configuration can output ultrashort pulse light having an average output of 600 mW, a pulse width of 200 fsec, a repetition of 2.9 GHz, and a peak power of 1 kW. When a long-term running test of this mode-locked laser apparatus 10 was performed, the output fluctuation was 10% even in a time-lapse test of 3000 h or more and a temperature cycle test (15 ° C. to 45 ° C.) without special power control. It was confirmed that the following can be suppressed. Further, like the mode-locked laser device 10 according to the present embodiment, the SEASAM 14 and the solid-state laser medium 16 are not supported by the first support 35B, but the first support 35B is not provided. When the above long-term running test was performed in the mode-locked laser device, the stability was 30% of the mode-locked laser device 10 according to the present embodiment, and it was confirmed that the stability was lowered.

このように、毎日のようにアライメント調整が必要となる従来の大型のモード同期レーザ装置と比較して、パワー一定制御を必要とすることなく安定した出力が得られる。   In this way, a stable output can be obtained without requiring constant power control as compared with a conventional large mode-locked laser apparatus that requires alignment adjustment every day.

また、前述したパワー一定制御を行うことにより、より安定した出力が得られる。本発明者がパワー一定制御を行った場合の1000hの経時試験を実施したところ、出力変動が±0.5%となり、パワー一定制御を行わない前述の長期ランニング試験と比較して、出力の安定性が大きく向上することを確認した。   Further, a more stable output can be obtained by performing the above-described constant power control. When the present inventor conducted a 1000 h aging test when the constant power control was performed, the output fluctuation was ± 0.5%, and the output was more stable than the long-term running test in which the constant power control was not performed. It was confirmed that the performance was greatly improved.

また、超短パルス光を出力するモード同期レーザ装置の繰返し周波数は、共振器長と逆比例関係にあるので、共振器長が極めて安定に保てる場合、周波数も極めて安定に保つことができる。これは、例えば本実施形態に係るモード同期レーザ装置10を精密なクロック光源、時間分解測定、サンプリング測定に使用する場合には極めて有効である。さらに、2台の超短パルス光を出力するモード同期レーザ装置を時間同期させることにより、例えば、コヒーレント反ストークスラマン散乱など、2つ以上の光子を混合する非線形光学過程に適用することが可能となる。   In addition, since the repetition frequency of the mode-locked laser device that outputs ultrashort pulse light is inversely proportional to the resonator length, the frequency can be kept extremely stable when the resonator length can be kept extremely stable. This is extremely effective when, for example, the mode-locked laser device 10 according to the present embodiment is used for precise clock light source, time-resolved measurement, and sampling measurement. In addition, by mode-synchronizing two mode-locked laser devices that output ultrashort pulsed light, it can be applied to nonlinear optical processes that mix two or more photons, such as coherent anti-Stokes Raman scattering. Become.

さらに、この繰り返し周波数の安定性は、ジッターの安定性にもつながる。ジッターは、短時間(周波数としては1MHz以下)のミラーの機械的な変動が主原因と考えられるが、本実施形態に係るモード同期レーザ装置10では、上記のように安定的に動作するので、大型のモード同期レーザ装置と比較して、ジッターについても効果的に抑制することができる。本発明者が本実施形態に係るモード同期レーザ装置10を動作させてジッターを測定したところ、120fsec以下のジッターが得られた。   Furthermore, the stability of the repetition frequency leads to the stability of jitter. Jitter is considered to be mainly caused by mechanical fluctuation of the mirror for a short time (frequency is 1 MHz or less), but the mode-locked laser device 10 according to the present embodiment operates stably as described above. Jitter can be effectively suppressed as compared with a large mode-locked laser apparatus. When the inventors measured the jitter by operating the mode-locked laser device 10 according to the present embodiment, a jitter of 120 fsec or less was obtained.

なお、超短パルス光を出力するモード同期レーザ装置においては、共振器内部を周回している光パルスは、負分散ミラー20の透過率をTとした場合に、共振器の外のパルスの1/Tであるため、本実施形態に係るモード同期レーザ装置10の場合、1kW/(0.018)=56kWのピークパワーの光パルスが周回していることになる。これは、各種の有機材料、たとえば、接着剤や銅線の被覆などからのアウトガスや雰囲気中の油分などに対し、2光子吸収を起こしうる強度である。本発明者は、2光子吸収により光化学反応が生じ、固体として析出することを長時間試験において観測した。   In a mode-locked laser device that outputs ultrashort pulse light, an optical pulse that circulates inside the resonator is one of the pulses outside the resonator when the transmittance of the negative dispersion mirror 20 is T. Therefore, in the case of the mode-locked laser device 10 according to the present embodiment, an optical pulse having a peak power of 1 kW / (0.018) = 56 kW circulates. This is a strength capable of causing two-photon absorption with respect to various organic materials, for example, an outgas from an adhesive or a copper wire coating or an oil component in the atmosphere. The present inventor has observed in a long time test that a photochemical reaction occurs due to two-photon absorption and precipitates as a solid.

これに対し、本実施形態に係るモード同期レーザ装置10では、基板46が封止部材48によって封止されることにより各部材が密閉されており、外界と遮断されている。これにより、外部の雰囲気からの不純物が浮遊・混入することを防ぐことができる。従って、超短パルス光の出力安定性を高めることが出来る。本発明者は、このような密閉構造のモード同期レーザ装置10において、上記のパワー一定制御を行わない場合でも出力変動を5%以下に抑えることを確認した。   On the other hand, in the mode-locked laser device 10 according to the present embodiment, the substrate 46 is sealed by the sealing member 48, so that each member is hermetically sealed off from the outside. Thereby, it is possible to prevent impurities from the external atmosphere from floating and mixed. Therefore, the output stability of the ultrashort pulse light can be improved. The inventor has confirmed that in such a mode-locked laser device 10 having a sealed structure, the output fluctuation is suppressed to 5% or less even when the above constant power control is not performed.

なお、本実施形態では、共振器を構成する部材が直線上に配置された直線型共振器を備えたモード同期レーザ装置について説明したが、これに限らず、例えば図3に示すような共振器を構成する部材がV字上に配置されたV字型共振器を備えたモード同期レーザ装置にも本発明を適用可能である。   In the present embodiment, the mode-locked laser device including the linear resonator in which the members constituting the resonator are arranged in a straight line has been described. However, the present invention is not limited thereto, and for example, a resonator as shown in FIG. The present invention can also be applied to a mode-locked laser device including a V-shaped resonator in which the members constituting the are arranged on a V-shape.

図3に示すモード同期レーザ装置10Aは、半導体レーザー26及びセルフォックレンズ28から成る励起光学系12、SEASAM14、固体レーザ媒質16、ダイクロイックミラー18、負分散ミラー20、シリンドリカルミラー50、及び出力ミラー52を含んで構成されている。この場合、共振器は、SEASAM14、負分散ミラー20、シリンドリカルミラー50、及び出力ミラー52により構成され、出力ミラーより超短パルス光が外部へ出力される。この構成においても、SEASAM14と固体レーザ媒質16とが近接して配置される。このように、共振器が直線型かV字型かに拘わらず、SEASAM14と固体レーザ媒質16とが近接して配置される構成であれば本発明を適用可能である。   A mode-locked laser device 10A shown in FIG. 3 includes an excitation optical system 12, a SEASAM 14, a solid-state laser medium 16, a dichroic mirror 18, a negative dispersion mirror 20, a cylindrical mirror 50, and an output mirror 52, each of which includes a semiconductor laser 26 and a Selfoc lens 28. It is comprised including. In this case, the resonator includes the SEASAM 14, the negative dispersion mirror 20, the cylindrical mirror 50, and the output mirror 52, and ultrashort pulse light is output to the outside from the output mirror. Also in this configuration, the SEASAM 14 and the solid-state laser medium 16 are arranged close to each other. As described above, the present invention can be applied to any configuration in which the SEASAM 14 and the solid-state laser medium 16 are arranged close to each other regardless of whether the resonator is a linear type or a V-shape.

(A)はモード同期レーザ装置の平面図、(B)は(A)の側面図である。(A) is a plan view of the mode-locked laser device, and (B) is a side view of (A). (A)は変形例に係る共振器ホルダーの平面図、(B)は(A)の側面図である。(A) is a top view of the resonator holder which concerns on a modification, (B) is a side view of (A). 変形例に係るモード同期レーザ装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the mode synchronous laser apparatus which concerns on a modification.

符号の説明Explanation of symbols

10、10A モード同期レーザ装置
12 励起光学系
16 固体レーザ媒質
18 ダイクロイックミラー
20 負分散ミラー
22 ペルチェ素子
24 ペルチェ駆動部
26 半導体レーザ
28 セルフォックレンズ
30 励起光学系ホルダー
32 ダイクロイックミラーホルダー
34 共振器ホルダー
34A、34B 支持体
35A 基本支持体
35B 第1の支持体
35C 第2の支持体
35D 第3の支持体
36 銅板
38A、38B 孔
40 ビームスプリッター
42 フォトダイオード
44 制御部
46 基板
48 封止部材
48A 透過窓
50 シリンドリカルミラー
52 出力ミラー
10, 10A Mode-locked laser device 12 Excitation optical system 16 Solid laser medium 18 Dichroic mirror 20 Negative dispersion mirror 22 Peltier element 24 Peltier drive unit 26 Semiconductor laser 28 Selfoc lens 30 Excitation optical system holder 32 Dichroic mirror holder 34 Resonator holder 34A , 34B support 35A basic support 35B first support 35C second support 35D third support 36 copper plate 38A, 38B hole 40 beam splitter 42 photodiode 44 control unit 46 substrate 48 sealing member 48A transmission window 50 Cylindrical mirror 52 Output mirror

Claims (5)

半導体可飽和吸収ミラー及び共振器内の群速度分散を制御するための負分散ミラーを含む共振器と、
前記共振器内に配置され、励起光が入射されることにより発振光を出力する固体レーザ媒質と、
前記励起光を前記固体レーザ媒質に入射させる励起手段と、
前記半導体可飽和吸収ミラー及び前記固体レーザ媒質との間に挟まれると共に前記半導体可飽和吸収ミラー及び前記固体レーザ媒質を支持する第1の支持体と、前記第1の支持体から前記第1の支持体と交差する方向に沿って突出した第2の支持体と、が一体形成された共振器ホルダーと、
を備えたモード同期レーザ装置。
A resonator comprising a semiconductor saturable absorber mirror and a negative dispersion mirror for controlling group velocity dispersion in the resonator;
A solid-state laser medium that is arranged in the resonator and outputs oscillation light when pumping light is incident;
Excitation means for causing the excitation light to enter the solid-state laser medium;
A first support that is sandwiched between the semiconductor saturable absorption mirror and the solid-state laser medium and supports the semiconductor saturable absorption mirror and the solid-state laser medium; and the first support from the first support A resonator holder integrally formed with a second support projecting along a direction intersecting the support;
A mode-locked laser device.
前記半導体可飽和吸収ミラーの光入射面が前記第1の支持体の一方の面に取り付けられた
請求項1記載のモード同期レーザ装置。
The mode-locked laser device according to claim 1, wherein a light incident surface of the semiconductor saturable absorption mirror is attached to one surface of the first support.
前記第1の支持体の前記第1の支持体と交差する方向における長さが、レーリー長の半分以下である
請求項1又は請求項2記載のモード同期レーザ装置。
The mode-locked laser device according to claim 1, wherein a length of the first support in a direction intersecting with the first support is not more than half of a Rayleigh length.
前記第2の支持体の前記第1の支持体と交差する方向における長さが、前記第1の支持体の前記第1の支持体と交差する方向における長さの2倍以上である
請求項1〜請求項3の何れか1項に記載のモード同期レーザ装置。
The length of the second support in the direction intersecting with the first support is at least twice the length of the first support in the direction intersecting with the first support. The mode-locked laser device according to any one of claims 1 to 3.
前記共振器ホルダーに、前記負分散ミラーが取り付けられた
請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のモード同期レーザ装置。
The mode-locked laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein the negative dispersion mirror is attached to the resonator holder.
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