JP3536058B2 - Pulse width compression method for short pulse laser light - Google Patents

Pulse width compression method for short pulse laser light

Info

Publication number
JP3536058B2
JP3536058B2 JP2000051488A JP2000051488A JP3536058B2 JP 3536058 B2 JP3536058 B2 JP 3536058B2 JP 2000051488 A JP2000051488 A JP 2000051488A JP 2000051488 A JP2000051488 A JP 2000051488A JP 3536058 B2 JP3536058 B2 JP 3536058B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser light
pulse width
short pulse
pulse laser
short
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000051488A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001242495A (en
Inventor
亮 須田
克美 緑川
ジョージェフ コプリンコフ イヴァン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RIKEN Institute of Physical and Chemical Research filed Critical RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority to JP2000051488A priority Critical patent/JP3536058B2/en
Publication of JP2001242495A publication Critical patent/JP2001242495A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3536058B2 publication Critical patent/JP3536058B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、短パルス・レーザ
ー光のパルス幅圧縮方法に関し、さらに詳細には、パル
ス幅がおよそフェムト秒(10−15秒)台からピコ秒
(10−12秒)台の短パルス・レーザー光のパルス幅
を圧縮する際に有効である簡易な短パルス・レーザー光
のパルス幅圧縮方法に関し、例えば、X線顕微鏡の光源
となる軟X線コヒーレント光を発生させるのに必要とな
る励起用レーザーを高強度化、短パルス化させたり、あ
るいは、アブレーション作用を利用した難加工物質の加
工において、各種波長のレーザー光を短パルス化させた
り、あるいは、超高速化学反応による新材料創成におい
て高強度短パルス・レーザー光を利用したりするなどの
際に用いて好適な短パルス・レーザー光のパルス幅圧縮
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of compressing a pulse width of a short pulse laser beam, and more specifically, a pulse width of about femtosecond ( 10-15 seconds) to picosecond ( 10-12 seconds). The present invention relates to a simple pulse width compression method for short pulse laser light which is effective in compressing the pulse width of a short pulse laser light of a table. For example, soft X-ray coherent light to be a light source of an X-ray microscope is generated. Lasers for excitation, which are required for high intensity and short pulse, or for processing difficult-to-process materials using ablation action, short-pulse laser light of various wavelengths, or ultrafast chemical reactions The present invention relates to a pulse width compression method for short pulse laser light, which is suitable for use in high-intensity short pulse laser light in creating new materials.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、チタン・サファイア・レーザ
ーをはじめとする高強度短パルス・レーザー光を発生さ
せて利用する過程においては、そのパルス幅を圧縮する
技術が重要な地位を占めている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the process of generating and utilizing a high-intensity short-pulse laser beam such as a titanium-sapphire laser, a technique for compressing the pulse width has occupy an important position.

【0003】即ち、およそフェムト秒台からピコ秒台の
パルス幅を持つ短パルス・レーザー光は、パルス幅に反
比例した広いスペクトル幅を有することが必要条件であ
り、短パルス・レーザー光の発生においては、スペクト
ルの広帯域化と幅広いスペクトルの各波長成分の位相を
制御するパルス圧縮技術とが必要とされている。
That is, a short pulse laser beam having a pulse width on the order of femtoseconds to picoseconds is required to have a wide spectrum width inversely proportional to the pulse width. Requires a wide band of the spectrum and a pulse compression technique for controlling the phase of each wavelength component of the wide spectrum.

【0004】さらに、この短パルス・レーザー光は、物
質中を透過したり、あるいは伝搬したりすると、波長分
散によってパルス幅が伸延することが知られているが、
短パルス・レーザー光の種々の利用分野においては、こ
うして伸延されたパルス幅を再圧縮することが必要とさ
れている。
Further, it is known that the pulse width of this short pulse laser light is elongated by wavelength dispersion when it is transmitted through or propagated in a substance.
In various applications of short-pulse laser light, it is necessary to recompress the pulse width thus extended.

【0005】このため、上記したように、短パルス・レ
ーザー光の発生に必要とされるスペクトルの広帯域化の
手段として、また、幅広いスペクトルを持つがパルス幅
が十分に圧縮されていないパルスを圧縮することにより
短パルス・レーザー光を発生させる手法として、さら
に、物質中を透過したり、あるいは伝搬したりする間に
伸延してしまった短パルス・レーザー光のパルス幅を再
圧縮することにより元のパルス幅に戻すための手法とし
て、様々な技術が提案されており、例えば、各種のガス
を封入した中空のファイバーにレーザー光を入射して、
伝搬中に生じる自己位相変調効果によりレーザー光のス
ペクトル幅を拡張し、出射後のレーザー光を2個のプリ
ズムからなるプリズム対や2個の回折格子からなる回折
格子対などを用いて位相制御を行うことにより、パルス
幅を圧縮することが知られている。
Therefore, as described above, as a means for broadening the spectrum required for the generation of short-pulse laser light, and for compressing a pulse having a wide spectrum but a pulse width not sufficiently compressed. As a method of generating a short pulse laser light by doing so, by further recompressing the pulse width of the short pulse laser light that has been stretched while transmitting or propagating in the substance, Various techniques have been proposed as a method for returning the pulse width to, for example, laser light is incident on a hollow fiber filled with various gases,
The spectrum width of the laser light is expanded by the self-phase modulation effect that occurs during propagation, and the phase of the emitted laser light is controlled by using a prism pair consisting of two prisms or a diffraction grating pair consisting of two diffraction gratings. By doing so, it is known to compress the pulse width.

【0006】ここで、中空のファイバーによるスペクト
ルの拡張においては、レーザー光が当該中空のファイバ
ーの最低次同波モードで伝搬するように、入射するレー
ザー光のビーム径を精密に調整しなければならなかっ
た。
Here, in the extension of the spectrum by the hollow fiber, the beam diameter of the incident laser light must be precisely adjusted so that the laser light propagates in the lowest harmonic mode of the hollow fiber. There wasn't.

【0007】また、レーザー光を内径100μm程度の
中空のファイバーに入射させるために、レーザー光と当
該中空のファイバーとの位置合わせを正確に行わなけれ
ばならなかった。
Further, in order to make the laser light incident on the hollow fiber having an inner diameter of about 100 μm, the laser light and the hollow fiber must be accurately aligned.

【0008】そして、これらの調整が不十分な場合に
は、レーザー光が中空のファイバーを伝搬する際の損失
が大きくなるという問題点があるとともに、当該中空の
ファイバーの入射端面が損傷しやすいという問題点があ
った。
If these adjustments are inadequate, there is a problem that the loss when the laser light propagates through the hollow fiber becomes large, and the incident end face of the hollow fiber is easily damaged. There was a problem.

【0009】さらに、2個のプリズムからなるプリズム
対や2個の回折格子からなる回折格子対を用いた分散補
償によるパルス幅圧縮においては、プリズム対の間隔お
よび挿入量、あるいは回折格子対の間隔および角度を精
密に調整しなければならないという問題点があった。
Further, in pulse width compression by dispersion compensation using a prism pair consisting of two prisms or a diffraction grating pair consisting of two diffraction gratings, the distance between the prism pairs and the amount of insertion, or the distance between the diffraction grating pairs. There is a problem that the angle must be adjusted precisely.

【0010】また、フェムト秒台からピコ秒台のパルス
幅を持つ短パルス・レーザー光を発生させる場合におい
て、また、その短パルス・レーザー光が物質中を透過し
たり、あるいは伝搬したりする間に波長分散によって伸
延してしまったパルス幅を再圧縮する場合において、上
記したような複雑な機構を有する手段を必要としたた
め、各種の応用分野において短パルス・レーザー光の汎
用性を著しく損なうという問題点があった。
When a short pulse laser beam having a pulse width on the order of femtoseconds to picoseconds is generated, and while the short pulsed laser light is transmitted through or propagates through a substance. In the case of re-compressing the pulse width that has been elongated due to wavelength dispersion, it requires a means having a complicated mechanism as described above, which significantly impairs the versatility of short-pulse laser light in various application fields. There was a problem.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、短パルス・レー
ザー光を発生させる場合において、また、物質中を透過
したり、あるいは伝搬したりする間に伸延してしまった
短パルス・レーザー光のパルス幅を再圧縮する場合にお
いて、精密な調整機構を必要としない簡易な短パルス・
レーザー光のパルス幅圧縮方法を提供しようとするもの
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned various problems of the prior art, and an object thereof is to generate a short pulse laser beam. In some cases, and in the case of recompressing the pulse width of a short pulse laser light that has been elongated while transmitting or propagating in a substance, a simple short mechanism that does not require a precise adjustment mechanism is used. pulse·
An object of the present invention is to provide a pulse width compression method for laser light.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、フェムト秒レーザー光やピコ秒レーザー
光などの短パルス・レーザー光を非線形媒質中において
集光するという簡易な手法で、当該短パルス・レーザー
光のパルス幅の圧縮を可能としたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a simple method of condensing short pulse laser light such as femtosecond laser light or picosecond laser light in a nonlinear medium. The pulse width of the short pulse laser light can be compressed.

【0013】即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明
は、短パルス・レーザー光を集光して非線形媒質に入射
し、上記非線形媒質における上記短パルス・レーザー光
の自己収束の作用によって、上記短パルス・レーザー光
のパルス幅を元のパルス幅より短いパルス幅に圧縮する
ようにしたものである。
That is, according to the first aspect of the present invention, the short pulse laser beam is condensed and incident on the nonlinear medium, and the short pulse laser beam is self-focused by the nonlinear medium. The pulse width of the short pulse laser light is compressed to a pulse width shorter than the original pulse width.

【0014】ここで、上記非線形媒質は、本発明のうち
請求項2に記載の発明のように、所定の圧力のガスとす
ることができる。
Here, the non-linear medium may be a gas having a predetermined pressure, as in the invention described in claim 2 of the present invention.

【0015】さらに、上記所定の圧力のガスは、本発明
のうち請求項3に記載の発明のように、大気中の空気と
することができる。
Further, the gas having the predetermined pressure can be air in the atmosphere as in the invention according to claim 3 of the present invention.

【0016】また、上記非線形媒質は、本発明のうち請
求項4に記載の発明のように、固体材料とすることがで
きる。
The non-linear medium may be a solid material as in the fourth aspect of the present invention.

【0017】さらに、上記固体材料は、本発明のうち請
求項5に記載の発明のように、大気中に置かれた所定の
厚さの石英板とすることができる。
Further, the solid material may be a quartz plate having a predetermined thickness placed in the atmosphere, as in the invention according to claim 5 of the present invention.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明による短パルス・レーザー光のパルス幅圧縮
方法の実施の形態の一例を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An example of an embodiment of a pulse width compression method for short pulse laser light according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0019】図1には、本発明による短パルス・レーザ
ー光のパルス幅圧縮方法を実施するためのパルス幅圧縮
装置の構成の一例の概略構成説明図が示されている。
FIG. 1 is a schematic structural explanatory view showing an example of the structure of a pulse width compression device for carrying out the pulse width compression method for short pulse laser light according to the present invention.

【0020】このパルス幅圧縮装置10は、入射された
フェムト秒レーザー光やピコ秒レーザー光などの短パル
ス・レーザー光(入射短パルス・レーザー光)を反射す
る反射鏡12と、反射鏡12により反射された短パルス
・レーザー光を集光するレンズ14と、レンズ14によ
り集光された短パルス・レーザー光が入射される高気圧
セル16と、高気圧セル16から出射された短パルス・
レーザー光を平行光にするレンズ18と、レンズ18か
ら出射された平行な短パルス・レーザー光を2方向に分
割するビーム・スプリッター20と、ビーム・スプリッ
ター20によって分割された一方の短パルス・レーザー
光を入射して当該短パルス・レーザー光のパルス幅を測
定する自己相関計22とを有し、ビーム・スプリッター
20によって分割された他方の短パルス・レーザー光を
出射光(出射短パルス・レーザー光)として得るように
なされている。
The pulse width compression device 10 includes a reflecting mirror 12 for reflecting a short pulse laser light (incident short pulse laser light) such as an incident femtosecond laser light or picosecond laser light, and a reflecting mirror 12. A lens 14 that collects the reflected short pulse laser light, a high pressure cell 16 on which the short pulse laser light collected by the lens 14 is incident, and a short pulse that is emitted from the high pressure cell 16
A lens 18 for collimating laser light, a beam splitter 20 for splitting parallel short-pulse laser light emitted from the lens 2 into two directions, and one short-pulse laser split by the beam splitter 20. And an autocorrelator 22 that measures the pulse width of the short pulse laser light by injecting light, and emits the other short pulse laser light split by the beam splitter 20 (emission short pulse laser It is designed to get as light).

【0021】ここで、高気圧セル16は、短パルス・レ
ーザー光が入射される入射窓部16aと、短パルス・レ
ーザー光が出射される出射窓部16bと、これら入射窓
部16aと出射窓部16bの間に位置して非線形媒質と
して各種のガスを任意の圧力で充填して封入可能なセル
本体部16cとを備えて構成されている。
Here, the high-pressure cell 16 has an entrance window 16a into which the short pulse laser light is incident, an exit window 16b from which the short pulse laser light is exited, and these entrance window 16a and the exit window. The cell main body 16c which is located between 16b and can be filled with various gases as a nonlinear medium at an arbitrary pressure and sealed.

【0022】ここで、セル本体部16cに充填されて封
入されるガスとしては、空気、希ガスあるいは分子性ガ
スなどの各種のガスを用いることができるが、単一の種
類のガスを充填して封入することが好ましいものであ
る。。
Here, various gases such as air, rare gas, and molecular gas can be used as the gas filled and sealed in the cell body 16c, but a single kind of gas is filled. It is preferable to enclose it. .

【0023】なお、具体的には、希ガスとしては、例え
ば、He、Ne、Ar、Kr、Xeを用いることがで
き、分子性ガスとしては、例えば、H、D、N
、F、Cl、CO、NO、NO、CO、N
、CH、SFを用いることができる。
Specifically, as the rare gas, for example, He, Ne, Ar, Kr, Xe can be used, and as the molecular gas, for example, H 2 , D 2 , N 2 ,
O 2 , F 2 , Cl 2 , CO, NO, N 2 O, CO 2 , N
H 3 , CH 4 , and SF 6 can be used.

【0024】そして、レンズ14は、例えば、短パルス
・レーザー光を高気圧セル16のセル本体部16c内に
おいて集光することができるような焦点距離を備えたも
のであり、特に、高気圧セル16のセル本体部16cの
略中央付近において集光することができるような焦点距
離を備えたものとすることが好ましい。
The lens 14 is provided with a focal length such that, for example, the short pulse laser light can be condensed within the cell body 16c of the high pressure cell 16, and in particular, the high pressure cell 16 has a focal length. It is preferable that the cell body 16c has a focal length that allows light to be condensed in the vicinity of the center thereof.

【0025】なお、レンズ18は、高気圧セル16から
出射された短パルス・レーザー光のパルスのピーク近傍
からなる成分(後述する。)の拡がり角に適合し、この
成分を平行光にするような曲率を備えたものである。
The lens 18 is adapted to the divergence angle of a component (described later) consisting of the vicinity of the peak of the pulse of the short pulse laser light emitted from the high pressure cell 16 and makes this component parallel light. It has a curvature.

【0026】以上の構成において、高気圧セル16のセ
ル本体部16cに、空気、メタン、クリプトンあるいは
アルゴンなどの各種のガスを非線形媒質として充填して
封入する。なお、セル本体部16cに充填して封入する
ガスの種類は、単一の種類に限られるものではなく、複
数種類のガスを混合した混合ガスでもよい。ただし、可
燃性ガスと支燃性ガスとの組み合わせは避けることが好
ましい。
In the above structure, the cell body 16c of the high pressure cell 16 is filled with various gases such as air, methane, krypton or argon as a non-linear medium and sealed. The type of gas filled and sealed in the cell body 16c is not limited to a single type, but may be a mixed gas in which a plurality of types of gas are mixed. However, it is preferable to avoid the combination of the combustible gas and the combustion supporting gas.

【0027】そして、入射短パルス・レーザー光を反射
鏡12により反射させてレンズ14に入射し、レンズ1
4は入射された短パルス・レーザー光を高気圧セル16
のセル本体部16c内において集光するように出射す
る。
Then, the incident short pulse laser light is reflected by the reflecting mirror 12 and enters the lens 14, and the lens 1
4 is a high-pressure cell 16 that receives the incident short-pulse laser light
The light is emitted so as to be condensed in the cell body 16c.

【0028】ここで、高気圧セル16のセル本体部16
c内における焦点近傍では、非線形媒質として封入され
たガス(ガス媒質)の過渡的な非線形屈折率の変化によ
り、セル本体部16c内に入射された短パルス・レーザ
ー光は自己収束を起こすことになる。このときの屈折率
n(r,z,t)は、以下に示す式1により求められ
る。
Here, the cell body 16 of the high pressure cell 16
In the vicinity of the focal point in c, the short-pulse laser light incident in the cell body 16c causes self-convergence due to the transient change in the nonlinear refractive index of the gas (gas medium) enclosed as the nonlinear medium. Become. The refractive index n (r, z, t) at this time is calculated by the following Equation 1.

【0029】ここで、屈折率n(r,z,t)は、r、
zおよびtの関数であって、rは「短パルス・レーザー
光の進行方向に直交する方向」であり、zは「短パルス
・レーザー光の進行方向」であり、tは「時間」であ
る。
Here, the refractive index n (r, z, t) is r,
It is a function of z and t, where r is "the direction orthogonal to the traveling direction of the short pulse laser light", z is "the traveling direction of the short pulse laser light", and t is "time". .

【0030】 n(r,z,t)=n+nI(r,z,t) ・・・式1 なお、上記した式1において、n:短パルス・レーザ
ー光の波長におけるガス媒質の屈折率である。
N (r, z, t) = n 0 + n 2 I (r, z, t) Equation 1 In the above Equation 1, n 0 is a gas medium at the wavelength of the short pulse laser light. Is the refractive index of.

【0031】n:短パルス・レーザー光の波長におけ
るガス媒質の非線形屈折率である。
N 2 is the nonlinear refractive index of the gas medium at the wavelength of the short pulse laser light.

【0032】I(r,z,t):短パルス・レーザー光
の強度である。このI(r,z,t)は、短パルス・レ
ーザー光の進行方向に直交する方向r、短パルス・レー
ザー光の進行方向zおよび時間tの関数である。
I (r, z, t): Short pulse laser beam intensity. This I (r, z, t) is a function of the direction r orthogonal to the traveling direction of the short pulse laser light, the traveling direction z of the short pulse laser light, and the time t.

【0033】また、上記したように、屈折率n(r,
z,t)も、I(r,z,t)に伴い、短パルス・レー
ザー光の進行方向に直交する方向r、短パルス・レーザ
ー光の進行方向zおよび時間tの関数として与えられ
る。
As described above, the refractive index n (r,
z, t) is also given along with I (r, z, t) as a function of the direction r orthogonal to the traveling direction of the short pulse laser light, the traveling direction z of the short pulse laser light, and the time t.

【0034】ところで、短パルス・レーザー光の強度分
布は、光軸上、即ち、「r=0」から周辺部に向かって
rの増大に伴い減少するため、屈折率n(r,z,t)
も同様の分布を持ち、見かけ上、短パルス・レーザー光
はレンズを通過するときのように収束されることにな
る。即ち、短パルス・レーザー光は自己収束を起こし、
レンズ14の焦点よりも手前で実際の焦点を持つことに
なる。
By the way, the intensity distribution of the short pulse laser light decreases on the optical axis, that is, from "r = 0" toward the periphery with the increase of r, so that the refractive index n (r, z, t )
Has a similar distribution, and apparently the short-pulse laser light is converged as when passing through the lens. That is, the short pulse laser light causes self-focusing,
The actual focus is provided before the focus of the lens 14.

【0035】この短パルス・レーザー光は自己収束の作
用によって、当該短パルス・レーザーのパルス幅が、元
のパルス幅よりも短いパルス幅に圧縮されることにな
る。
Due to the self-focusing action of the short pulse laser light, the pulse width of the short pulse laser is compressed to a pulse width shorter than the original pulse width.

【0036】なお、本明細書においては、上記した自己
収束の作用により元のパルス幅よりも短いパルス幅へ圧
縮する効果を、「自己パルス圧縮効果」と称することと
する。
In the present specification, the effect of compressing to a pulse width shorter than the original pulse width by the above-mentioned self-focusing action is referred to as "self-pulse compression effect".

【0037】そして、上記した自己収束の作用は、短パ
ルス・レーザー光の強度の時間変化に追従するだけの非
常に速い時間応答を示すものである。
The action of self-focusing described above exhibits a very fast time response that can follow the time change of the intensity of the short pulse laser light.

【0038】また、短パルス・レーザー光の時間軸上の
ピーク近傍、即ち、パルスのピーク近傍で最も強く自己
収束が起こり、この成分はレンズ14の焦点よりも最も
手前で実際の焦点を持ち、一方、パルスの立ち上がり部
分およびパルスの立ち下がり部分では自己収束は比較的
弱く、この成分はレンズ14の焦点の最も近くに実際の
焦点を持つものと考えられる。
The strongest self-convergence occurs near the peak of the short pulse laser light on the time axis, that is, near the peak of the pulse, and this component has the actual focal point closest to the focal point of the lens 14, On the other hand, the self-convergence is relatively weak at the rising portion and the falling portion of the pulse, and it is considered that this component has the actual focus closest to the focus of the lens 14.

【0039】このため、短パルス・レーザー光のパルス
のピーク近傍と、パルスの立ち上がり部分およびパルス
の立ち下がり部分とでは、ビームの大きさとビームの拡
がり角とが異なり、短パルス・レーザー光が高気圧セル
16の出射窓部16bを透過して高気圧セル16から外
部へ出射されるときには、別々のビームとして現れるこ
とになるものと考えられる。
Therefore, the size of the beam and the divergence angle of the beam are different between the vicinity of the peak of the pulse of the short pulse laser light and the rising portion and the falling portion of the pulse. When passing through the exit window portion 16b of the cell 16 and exiting from the high pressure cell 16 to the outside, it is considered that they will appear as separate beams.

【0040】従って、上記したように別々のビームとし
て現れた成分のなかで、短パルス・レーザー光のパルス
のピーク近傍からなる成分のみを取り出すと、元のパル
ス幅よりも短いパルス幅に圧縮された短パルス・レーザ
ー光を得ることができるようになるものと考えられる。
Therefore, of the components appearing as separate beams as described above, if only the component near the peak of the pulse of the short pulse laser light is extracted, it is compressed to a pulse width shorter than the original pulse width. It will be possible to obtain short pulsed laser light.

【0041】このため、この実施の形態においては、上
記したように別々のビームとして現れた成分のなかで、
短パルス・レーザー光のパルスのピーク近傍からなる成
分のみが、レンズ18によって平行光として取り出され
て出射されるように構成されている。
Therefore, in this embodiment, among the components appearing as separate beams as described above,
Only the component near the peak of the pulse of the short pulse laser light is configured to be extracted and emitted as parallel light by the lens 18.

【0042】即ち、レンズ18からは、元のパルス幅よ
りも最も短いパルス幅に圧縮された短パルス・レーザー
光が平行光として出射されることになる。
That is, the short pulse laser light compressed to the shortest pulse width than the original pulse width is emitted from the lens 18 as parallel light.

【0043】さらに、この実施の形態においては、レン
ズ18から出射された平行な短パルス・レーザー光をビ
ーム・スプリッター20により2方向に分割し、ビーム
・スプリッター20によって分割された一方の短パルス
・レーザー光を自己相関計22に入射して当該短パルス
・レーザー光のパルス幅を測定することができるように
なされているとともに、ビーム・スプリッター20によ
って分割された他方の短パルス・レーザー光を出射光
(出射短パルス・レーザー光)として利用することがで
きるようになされている。
Further, in this embodiment, the parallel short pulse laser light emitted from the lens 18 is split into two directions by the beam splitter 20, and one short pulse split by the beam splitter 20. The laser beam is made incident on the autocorrelation meter 22 to measure the pulse width of the short pulse laser beam, and the other short pulse laser beam split by the beam splitter 20 is emitted. It is designed so that it can be used as emitted light (emitted short pulse laser light).

【0044】ここで、図2には、図1に示すパルス幅圧
縮装置を用いて、高気圧セル16のセル本体部16cに
メタン(CH)を充填して封入した場合における実験
結果が示されている。
Here, FIG. 2 shows experimental results when the cell body 16c of the high-pressure cell 16 was filled with methane (CH 4 ) and sealed by using the pulse width compression device shown in FIG. ing.

【0045】この実験において、入射短パルス・レーザ
ー光としては、波長が745nmのチタン・サファイア
・レーザーの出射光を用いている。
In this experiment, as the incident short pulse laser light, the emitted light of a titanium sapphire laser having a wavelength of 745 nm is used.

【0046】また、この入射短パルス・レーザー光は、
強度(レーザー・エネルギー)を1mJとし、パルス幅
を100fsとし、ビーム径を4mmとし、スペクトル
幅を10nmとしたものである。
The incident short pulse laser light is
The intensity (laser energy) was 1 mJ, the pulse width was 100 fs, the beam diameter was 4 mm, and the spectrum width was 10 nm.

【0047】さらに、レンズ14としては、焦点距離f
が30cmのものを用いるようにした。
Further, the lens 14 has a focal length f
Of 30 cm was used.

【0048】上記したような実験条件において、高気圧
セル16のセル本体部16cに充填して封入されたメタ
ンの圧力を変化させながら、ビーム・スプリッター20
によって分割された一方の短パルス・レーザー光を自己
相関計22に入射して当該短パルス・レーザー光のパル
ス幅を測定したところ、図2のグラフに示す実験結果が
得られたものである。
Under the above-mentioned experimental conditions, the beam splitter 20 was changed while changing the pressure of the methane filled and sealed in the cell body 16c of the high pressure cell 16.
When one of the short pulse laser beams divided by was incident on the autocorrelator 22 and the pulse width of the short pulse laser beam was measured, the experimental result shown in the graph of FIG. 2 was obtained.

【0049】この図2に示すグラフは、縦軸に自己相関
計22により測定したパルス幅(Pulsewidt
h)をとり、横軸にメタン圧力(CH Pressu
re)をとったものである。
In the graph shown in FIG. 2, the vertical axis represents the pulse width (Pulsewidt) measured by the autocorrelator 22.
h), and the methane pressure (CH 4 Pressu) on the horizontal axis.
re).

【0050】ここで、自己相関計22により測定する短
パルス・レーザー光のスペクトル幅を測定したところ、
10nmから20nmに広がっていた。
Here, when the spectrum width of the short pulse laser light measured by the autocorrelator 22 is measured,
It spread from 10 nm to 20 nm.

【0051】そして、スペクトル幅が20nmのフーリ
エ変換限界幅(Fourier Transform
Limit)は30fsであるが、図2に示す実験結果
に示すように、本発明の手法を用いると自己パルス圧縮
効果が作用して、メタン圧力が略1atm〜1.5at
mの領域や略4atm〜6atmの領域においては、パ
ルス幅をフーリエ変換限界幅に近似した値まで圧縮する
ことができたものである。
The Fourier transform limit width (Fourier Transform) having a spectrum width of 20 nm is obtained.
Limit) is 30 fs, but as shown in the experimental result shown in FIG. 2, when the method of the present invention is used, the self-pulse compression effect acts and the methane pressure is approximately 1 atm to 1.5 at.
In the region of m and the region of approximately 4 atm to 6 atm, the pulse width could be compressed to a value close to the Fourier transform limit width.

【0052】また、図3には、本発明の手法による自己
パルス圧縮効果が作用する条件を示しており、具体的に
は、「レーザー・エネルギー」、「短パルス・レーザー
光の波長」、「短パルス・レーザー光のパルス幅」、
「短パルス・レーザー光の集光条件」および「非線形媒
質としてのガスの種類と圧力」に関する条件がされぞれ
示されているが、これらを適宜に組み合わせることによ
り本発明の手法による自己パルス圧縮効果を作用させる
ことができる。
Further, FIG. 3 shows conditions under which the self-pulse compression effect by the method of the present invention acts, specifically, "laser energy", "wavelength of short pulse laser light", and "wavelength of short pulse laser light". Pulse width of short pulse laser light ",
Conditions relating to “focusing conditions of short pulse laser light” and “type and pressure of gas as nonlinear medium” are shown respectively, but by appropriately combining these, self-pulse compression by the method of the present invention The effect can be activated.

【0053】次に、図4には、本発明による短パルス・
レーザー光のパルス幅圧縮方法を実施するためのパルス
幅圧縮装置の構成の他の例の概略構成説明図が示されて
いる。
Next, FIG. 4 shows a short pulse according to the present invention.
The schematic structure explanatory drawing of the other example of a structure of the pulse width compression apparatus for implementing the pulse width compression method of a laser beam is shown.

【0054】なお、図4に示すパルス幅圧縮装置におい
て、図1に示すパルス幅圧縮装置と同一あるいは相当す
る構成については、図1において用いた符号と同一の符
号を用いて示すことにより、その詳細な構成ならびに作
用の説明は省略する。
In the pulse width compression apparatus shown in FIG. 4, the same or corresponding components as those of the pulse width compression apparatus shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. Detailed description of the configuration and operation will be omitted.

【0055】この図4に示すパルス幅圧縮装置20は、
高気圧セル16を用いることなしに、大気中の空気を非
線形媒質として用いるようにして点において、図1に示
すパルス幅圧縮装置と異なるものである。
The pulse width compression device 20 shown in FIG.
This is different from the pulse width compression apparatus shown in FIG. 1 in that air in the atmosphere is used as a nonlinear medium without using the high pressure cell 16.

【0056】上記したパルス幅圧縮装置20を用いて、
本発明の手法による自己パルス圧縮効果を作用させて短
パルス・レーザー光のパルス幅を圧縮するためには、例
えば、図5に示すように、入射短パルス・レーザー光の
波長を720nm〜860nmとし、入射短パルス・レ
ーザー光の強度(レーザー・エネルギー)を2mJ〜1
0mJとし、入射短パルス・レーザー光のパルス幅を3
0fs〜300fsとし、集光条件はレンズ14として
焦点距離fが30cm〜150cmのものを用いるよう
にすればよい。
Using the pulse width compression device 20 described above,
In order to exert the self-pulse compression effect by the method of the present invention to compress the pulse width of the short pulse laser light, for example, as shown in FIG. 5, the wavelength of the incident short pulse laser light is set to 720 nm to 860 nm. , The intensity of the incident short pulse laser light (laser energy) is 2 mJ-1
The pulse width of the incident short pulse laser light is 3 m
The focusing condition may be 0 fs to 300 fs, and the lens 14 may have a focal length f of 30 cm to 150 cm.

【0057】このようにすると、本発明の手法による自
己パルス圧縮効果が作用されて、入射短パルス・レーザ
ー光のパルス幅を、例えば、フーリエ変換限界幅近傍ま
で圧縮することができるようになる。
In this way, the self-pulse compression effect according to the method of the present invention is actuated, and the pulse width of the incident short pulse laser light can be compressed to, for example, near the Fourier transform limit width.

【0058】しかも、この図4に示すパルス幅圧縮装置
20を用いた場合には、大気中において短パルス・レー
ザー光のパルス幅を圧縮することができるようになるた
め、極めて簡易に短パルス・レーザー光のパルス幅の圧
縮を行うことができるものである。
Moreover, when the pulse width compressing device 20 shown in FIG. 4 is used, the pulse width of the short pulse laser light can be compressed in the atmosphere, so that the short pulse The pulse width of laser light can be compressed.

【0059】次に、図6には、本発明による短パルス・
レーザー光のパルス幅圧縮方法を実施するためのパルス
幅圧縮装置の構成のさらに他の例の概略構成説明図が示
されている。
Next, FIG. 6 shows a short pulse according to the present invention.
The schematic structure explanatory drawing of the further another example of a structure of the pulse width compression apparatus for implementing the pulse width compression method of a laser beam is shown.

【0060】なお、図6に示すパルス幅圧縮装置におい
て、図1に示すパルス幅圧縮装置と同一あるいは相当す
る構成については、図1において用いた符号と同一の符
号を用いて示すことにより、その詳細な構成ならびに作
用の説明は省略する。
In the pulse width compression apparatus shown in FIG. 6, the same or corresponding components as those of the pulse width compression apparatus shown in FIG. 1 are indicated by the same reference numerals as those used in FIG. Detailed description of the configuration and operation will be omitted.

【0061】この図6に示すパルス幅圧縮装置30は、
非線形媒質としてガスを用いずに、非線形媒質として固
体材料たる石英板32を用いるようにして点において、
図1に示すパルス幅圧縮装置と異なるものである。な
お、石英板32は、大気中に配置するようにしてよいも
のであり、その厚さtは、例えば、1mm〜2mmとす
ることができ、また、密度は一定であることが好まし
い。
The pulse width compression device 30 shown in FIG.
In terms of using the quartz plate 32, which is a solid material, as the nonlinear medium, instead of using the gas as the nonlinear medium,
This is different from the pulse width compression device shown in FIG. The quartz plate 32 may be arranged in the atmosphere, and the thickness t thereof may be, for example, 1 mm to 2 mm, and the density is preferably constant.

【0062】このパルス幅圧縮装置30においては、レ
ンズ14は、例えば、短パルス・レーザー光を石英板3
2内あるいは石英板32の直前において集光することが
できるような焦点距離を備えたものであり、特に、石英
板32の直前において集光することができるような焦点
距離を備えたものとすることが好ましい。
In this pulse width compressing device 30, the lens 14 uses, for example, a short pulse laser beam to generate the quartz plate 3.
2 is provided with a focal length capable of condensing light immediately before the quartz plate 32, and particularly, has a focal length capable of condensing light immediately before the quartz plate 32. It is preferable.

【0063】上記したパルス幅圧縮装置30を用いて
も、本発明の手法による自己パルス圧縮効果が作用され
て、入射短パルス・レーザー光のパルス幅を、例えば、
フーリエ変換限界幅近傍まで圧縮することができるよう
になる。
Even when the pulse width compressing device 30 described above is used, the self-pulse compression effect by the method of the present invention is exerted to change the pulse width of the incident short pulse laser light to, for example,
It becomes possible to compress near the Fourier transform limit width.

【0064】しかも、この図6に示すパルス幅圧縮装置
30を用いた場合には、大気中において短パルス・レー
ザー光のパルス幅を圧縮することができるようになるた
め、極めて簡易に短パルス・レーザー光のパルス幅の圧
縮を行うことができるものである。
Moreover, when the pulse width compression device 30 shown in FIG. 6 is used, the pulse width of the short pulse laser light can be compressed in the atmosphere, so that the short pulse The pulse width of laser light can be compressed.

【0065】なお、図6に示すパルス幅圧縮装置30に
おいては、石英板32を非線形媒質としての固体材料と
して用いたが、これに限られるものではないことは勿論
であり、例えば、図7に示すように、LiF、Mg
、CaF、BaF、NaCl、KCl、KB
r、SiO、Al、BK7、各種フリント・ガ
ラス、クラウン・ガラス、ZnS、ZnSeなどを用い
ることができる。
In the pulse width compression device 30 shown in FIG. 6, the quartz plate 32 is used as a solid material as a nonlinear medium, but it is needless to say that the quartz plate 32 is not limited to this. As shown, LiF, Mg
F 2 , CaF 2 , BaF 2 , NaCl, KCl, KB
r, SiO 2 , Al 2 O 3 , BK7, various flint glasses, crown glasses, ZnS, ZnSe, etc. can be used.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、短パルス・レーザー光を発生させる場合に
おいて、また、物質中を透過したり、あるいは伝搬した
りする間に伸延してしまった短パルス・レーザー光のパ
ルス幅を再圧縮する場合において、精密な調整機構を必
要としない簡易な短パルス・レーザー光のパルス幅圧縮
方法を提供することができるという優れた効果を奏す
る。
EFFECTS OF THE INVENTION Since the present invention is constructed as described above, when the short pulse laser light is generated, it is extended while being transmitted or propagated through the substance. In the case of re-compressing the pulse width of a short pulse laser beam that has been trapped, it is possible to provide a simple method for compressing the pulse width of a short pulse laser beam that does not require a precise adjustment mechanism.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による短パルス・レーザー光のパルス幅
圧縮方法を実施するためのパルス幅圧縮装置の構成の一
例の概略構成説明図である。
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of an example of a configuration of a pulse width compression device for carrying out a pulse width compression method for short pulse laser light according to the present invention.

【図2】図1に示すパルス幅圧縮装置を用いて、高気圧
セルのセル本体部にメタン(CH)を充填して封入し
た場合における実験結果を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing an experimental result when methane (CH 4 ) is filled and sealed in a cell body of a high pressure cell using the pulse width compression device shown in FIG.

【図3】本発明の手法による自己パルス圧縮効果が作用
する条件を示す図表である。
FIG. 3 is a chart showing conditions under which a self-pulse compression effect according to the method of the present invention works.

【図4】本発明による短パルス・レーザー光のパルス幅
圧縮方法を実施するためのパルス幅圧縮装置の構成の他
の例の概略構成説明図である。
FIG. 4 is a schematic configuration explanatory diagram of another example of the configuration of the pulse width compression device for implementing the pulse width compression method for short pulse laser light according to the present invention.

【図5】本発明の手法により大気中で自己パルス圧縮効
果が作用する条件を示す図表である。
FIG. 5 is a chart showing conditions under which a self-pulse compression effect works in the atmosphere by the method of the present invention.

【図6】本発明による短パルス・レーザー光のパルス幅
圧縮方法を実施するためのパルス幅圧縮装置の構成のさ
らに他の例の概略構成説明図である。
FIG. 6 is a schematic configuration explanatory diagram of still another example of the configuration of the pulse width compression device for implementing the pulse width compression method for short pulse laser light according to the present invention.

【図7】自己パルス圧縮効果を示す固体材料を示す図表
である。
FIG. 7 is a chart showing solid materials exhibiting self-pulse compression effect.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、20、30 パルス幅圧縮装置 12 反射鏡 14 レンズ 16 高気圧セル 16a 入射窓部 16b 出射窓部 16c セル本体部 18 レンズ 20 ビーム・スプリッター 22 自己相関計 32 石英板 10, 20, 30 pulse width compressor 12 Reflector 14 lenses 16 high pressure cell 16a entrance window 16b exit window 16c cell body 18 lenses 20 beam splitter 22 Autocorrelator 32 quartz plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 特許法第30条第1項適用申請有り 理研シンポジウム第 3回コヒーレント科学−光から物理系へ−において文書 をもって発表 特許法第30条第1項適用申請有り CLEO/Paci fic Rim’99において文書をもって発表 特許法第30条第1項適用申請有り Jpn.Appl. Phys.Vol.38ppL978−l980に発表 特許法第30条第1項適用申請有り 日刊工業新聞社200 年1月17日に発表 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/35 - 1/39 IEEE Digital Libra ry─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page Patent Law Article 30 Clause 1 Application is applied RIKEN symposium 3rd coherent science-from light to physical system-Announcement with documents Patent Law Article 30 Clause 1 Application is applied CLEO / Paci Fic Rim '99 announced with a document Patent application of Article 30 (1) of the Patent Act Jpn. Appl. Phys. Vol. 38ppL978-l980 to the announcement published in the Patent Law Article 30 Paragraph 1 applied application there Nikkan Kogyo Shimbun, Ltd. 200 17 January (58) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) G02F 1/35 - 1 / 39 IEEE Digital Library

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 短パルス・レーザー光を集光して非線形
媒質に入射し、前記非線形媒質における前記短パルス・
レーザー光の自己収束の作用によって、前記短パルス・
レーザー光のパルス幅を元のパルス幅より短いパルス幅
に圧縮するものである短パルス・レーザー光のパルス幅
圧縮方法。
1. A short pulse laser beam is focused and incident on a nonlinear medium, and the short pulse laser beam in the nonlinear medium is collected.
Due to the self-focusing action of the laser light, the short pulse
A pulse width compression method for short pulse laser light that compresses the pulse width of the laser light to a pulse width shorter than the original pulse width.
【請求項2】 請求項1に記載の短パルス・レーザー光
のパルス幅圧縮方法において、 前記非線形媒質は、所定の圧力のガスである短パルス・
レーザー光のパルス幅圧縮方法。
2. The pulse width compression method for short pulse laser light according to claim 1, wherein the nonlinear medium is a gas having a predetermined pressure.
Laser light pulse width compression method.
【請求項3】 請求項2に記載の短パルス・レーザー光
のパルス幅圧縮方法において、 前記所定の圧力のガスは、大気中の空気である短パルス
・レーザー光のパルス幅圧縮方法。
3. The pulse width compression method for short pulse laser light according to claim 2, wherein the gas having the predetermined pressure is air in the atmosphere.
【請求項4】 請求項1に記載の短パルス・レーザー光
のパルス幅圧縮方法において、 前記非線形媒質は、固体材料である短パルス・レーザー
光のパルス幅圧縮方法。
4. The pulse width compression method for short pulse laser light according to claim 1, wherein the nonlinear medium is a solid material, and the pulse width compression method for short pulse laser light is used.
【請求項5】 請求項4に記載の短パルス・レーザー光
のパルス幅圧縮方法において、 前記固体材料は、大気中に置かれた所定の厚さの石英板
である短パルス・レーザー光のパルス幅圧縮方法。
5. The pulse width compression method for short pulse laser light according to claim 4, wherein the solid material is a quartz plate having a predetermined thickness and placed in the atmosphere. Width compression method.
JP2000051488A 2000-02-28 2000-02-28 Pulse width compression method for short pulse laser light Expired - Fee Related JP3536058B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000051488A JP3536058B2 (en) 2000-02-28 2000-02-28 Pulse width compression method for short pulse laser light

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000051488A JP3536058B2 (en) 2000-02-28 2000-02-28 Pulse width compression method for short pulse laser light

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001242495A JP2001242495A (en) 2001-09-07
JP3536058B2 true JP3536058B2 (en) 2004-06-07

Family

ID=18573136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000051488A Expired - Fee Related JP3536058B2 (en) 2000-02-28 2000-02-28 Pulse width compression method for short pulse laser light

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3536058B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8043580B2 (en) 2005-10-13 2011-10-25 Nissui Pharmaceutical Co., Ltd. Testing device

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LT2964417T (en) * 2013-04-04 2022-04-11 Lpkf Laser & Electronics Ag Method for providing through-openings in a substrate
US9764978B2 (en) 2013-04-04 2017-09-19 Lpkf Laser & Electronics Ag Method and device for separating a substrate
DE102014007159B4 (en) * 2014-05-15 2017-04-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and arrangement for the spectral broadening of laser pulses for non-linear pulse compression
EP3360209B1 (en) * 2015-10-06 2020-09-02 IPG Photonics Corporation Sub-nanosecond broad spectrum generating laser system
US10520789B2 (en) * 2016-08-25 2019-12-31 Coherent Kaiserslautern GmbH Modular ultraviolet pulsed laser-source

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8043580B2 (en) 2005-10-13 2011-10-25 Nissui Pharmaceutical Co., Ltd. Testing device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001242495A (en) 2001-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5956173A (en) Capillary compressor
Szatmári High-brightness ultraviolet excimer lasers
JP4825809B2 (en) Pulsed laser source with adjustable grating compressor
US4612641A (en) Infrared pulse compression
JP2022523326A (en) Ultrashort pulse laser source with chirped pulse amplification and compatible pulse train
Durfee et al. Design and implementation of a TW-class high-average power laser system
JP4649927B2 (en) Laser-induced modification processing apparatus and method
JP5376652B2 (en) Laser apparatus and laser amplification method
Zeitler et al. Laser characteristics that might be useful in biology
JP7442537B2 (en) Systems and methods for compressing short or ultrashort optical pulses and related optical pulsed laser systems
JP3536058B2 (en) Pulse width compression method for short pulse laser light
US8798108B2 (en) Device for generating a short duration laser pulse
EP0042521A2 (en) Method and apparatus for laser pulse compression
Farinella et al. Demonstration of thin film compression for short-pulse X-ray generation
JP2007512693A (en) Highly repetitive laser system with compact design
Pennington et al. Effect of bandwidth on beam smoothing and frequency conversion at the third harmonic of the Nova laser
Fuerbach et al. Chirped-pulse oscillators for the generation of high-energy femtosecond laser pulses
Spielmann et al. Ti: sapphire laser produces intense sub-5-fs pulses
US4306195A (en) Pulse compressor with saturation-matched focusing geometry
JP4772545B2 (en) Pulse compressor and laser generator
JP4870457B2 (en) Pulse width compression method and apparatus for short pulse laser light and hollow waveguide
Böhle Near-single-cycle laser for driving relativistic plasma mirrors at kHz repetition rate-development and application
KR100525566B1 (en) Apparatus and method for Raman laser using stimulated Brillouin scattering and second order Raman-Stokes wave generation
TWI831352B (en) Laser micro machining device
Feng Sub-nanosecond UV filaments and their applications for remote spectroscopy and high-voltage discharges

Legal Events

Date Code Title Description
A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20031225

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20031201

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20040316

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees