JP5319990B2 - モード同期固体レーザ装置 - Google Patents

モード同期固体レーザ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5319990B2
JP5319990B2 JP2008221200A JP2008221200A JP5319990B2 JP 5319990 B2 JP5319990 B2 JP 5319990B2 JP 2008221200 A JP2008221200 A JP 2008221200A JP 2008221200 A JP2008221200 A JP 2008221200A JP 5319990 B2 JP5319990 B2 JP 5319990B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resonator
solid
state laser
pulse
mode
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
JP2008221200A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2009099952A (ja
Inventor
直史 笠松
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.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
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 Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Priority to JP2008221200A priority Critical patent/JP5319990B2/ja
Publication of JP2009099952A publication Critical patent/JP2009099952A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5319990B2 publication Critical patent/JP5319990B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1106—Mode locking
    • H01S3/1112—Passive mode locking
    • H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
    • H01S3/1118—Semiconductor saturable absorbers, e.g. semiconductor saturable absorber mirrors [SESAMs]; Solid-state saturable absorbers, e.g. carbon nanotube [CNT] based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/08—Generation of pulses with special temporal shape or frequency spectrum
    • H01S2301/085—Generation of pulses with special temporal shape or frequency spectrum solitons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08004—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08004—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
    • H01S3/08009—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection using a diffraction grating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1618—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth ytterbium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1675—Solid materials characterised by a crystal matrix titanate, germanate, molybdate, tungstate

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

本発明は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。
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。
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。固体レーザ装置においては、半導体可飽和吸収ミラー（Semiconductor Saturable Absorbing Mirror; SESAM）によるモード同期が、簡便さ、低コスト、小サイズ、さらに自己開始するという特長などから、精力的に研究開発されている。
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。より詳しく言うと、ソリトン型モード同期とは、可飽和吸収ミラー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、負の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、安定なパルス発生を可能とするものである（非特許文献１，３参照）。
なお、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。
図１７に、非特許文献１に示されている、従来のYbを添加したソリトン型モード同期固体レーザ（固体レーザ媒質はYb:KGd(WO4)2）の典型的な構成を示す。この図において、80は例えば波長980ｎｍの励起光を発する励起光源、81は１対設けられた励起光源80のそれぞれに対応して設けられた入力光学系、83は固体レーザ媒質、M1、M2は共振器を構成する例えば曲率半径20ｃｍの１対の凹面ミラー、84も曲率半径20ｃｍの凹面ミラー、85はSESAM、86および87はプリズム対を構成する例えばSF10ガラスからなるプリズム、88はナイフエッジ板、89は例えば透過率4.3％の出力カプラーである。
従来の装置においては、図１７に示すように、レーザ媒質でのレーザ発振光のビーム半径ωL、SESAMでのレーザ発振光のビーム半径ωAを小さくするため、凹面ミラーM1、M2および84によりレーザ発振光のビーム半径を固体レーザ媒質上とSESAM上とで別々に絞り込む構成が採られている。
このように、レーザ媒質上およびSESAM上におけるスポットサイズ（発振光のビーム半径）を小さくする理由は次の２つである。まず第１の理由はレーザ発振閾値を低減するためであり、第２の理由はソリトンモード同期条件を満たすためである。
まず第１の理由について説明する。レーザ発振閾値Ｐthは、下記式（１）のように表される（非特許文献２参照）。
ただし、ωP：固体レーザ媒質中での励起光ビーム半径、ｈνp：励起光フォトンエネルギー、σ：固体レーザ媒質の誘導放出断面積、τ：上準位寿命、ηa：吸収効率、ｆ1：下準位の占有率、ｆ2：上準位の占有率、Ｌi：共振器内部損失、ＴOC：出力鏡透過率、Ｎ0：希土類イオン添加濃度、ls：結晶長である。
式（１）から、発振閾値を小さくするには、固体レーザ媒質中での発振光ビーム半径ωLと励起光ビーム半径ωPを小さくすれば良いことがわかる。
次に、第２の理由である、ソリトンモード同期の条件について説明する。非特許文献３に記載されているように、ソリトン型モード同期レーザ装置において、ある条件下でＱスイッチ動作が混在したモード同期（Ｑスイッチモード同期）が生じることが知られている。Ｑスイッチモード同期とは、Ｑスイッチパルス（周波数kHz〜数100kHz、パルス幅がマイクロ秒からナノ秒領域）のロングパルスの中に、モード同期パルス列（周波数が10MHz〜GHz、パルス幅がピコ秒からフェムト秒）が並ぶ場合をいう。
この動作モードは、出力やパルス幅、パルス周期の安定性に欠け、エネルギー応用以外には一般的には望ましくない。非特許文献３によれば、可飽和吸収ミラーを用いたソリトン型モード同期レーザ装置において、Ｑスイッチ動作を生じさせない条件は、以下の式（２）のように表される。
ここで、ＥP：共振器内部パルスエネルギー、ΔＲ：可飽和吸収ミラーの変調吸収深さ、Ｆsat,A：可飽和吸収ミラーの飽和フルーエンス、Ｆsat,L (＝ｈν/σ)：レーザ媒質の飽和フルーエンス、ｈν：発振レーザ光子エネルギー、Ａeff,A （＝πωA 2）：可飽和吸収ミラーにおける発振光ビーム断面積、Ａeff,L (＝πωL 2)：レーザ媒質における発振光ビーム断面積、ｇ：レーザ媒質のレーザ利得、
（ｎ2：レーザ媒質の非線形屈折率、Ｄ：共振器全体での一往復の群速度分散（Ｄ＜０）、λ0：発振光の中心波長、ΔνG：利得帯域幅）である。なお、式（２）において、左辺＝右辺としたときのＥPの解がモード同期閾値であり、（２）式を満たすとは、ＥPをそのモード同期閾値よりも大きくなるように設定することをいう。
式（２）から、Ｑスイッチモード同期の発生を避けるためには、レーザ媒質でのビーム断面積とSESAM上でのビーム断面積とを小さく、および/または共振器内部パルスエネルギーＥPを大きくする必要があることが分かる。
以上の理由から、図１７に示すような従来の装置においては、固体レーザ媒質およびSESAMでの発振光ビーム径を小さくするために、固体レーザ媒質を２枚の凹面ミラーにより挟み込んで発振光ビームを固体レーザ媒質中で絞りこみ、かつ発振光ビームをSESAM上にも凹面ミラーで集光する構成が多く採用されている。
なお、特許文献１，２には、共振器内に負の群速度分散素子を備えたモード同期固体レーザ装置において、装置の小型化を図った構成が記載されている。具体的には、特許文献１には、固体レーザ媒質とSESAMを近接配置することにより小型化したモード同期固体レーザ装置が提案されており、特許文献２では、固体レーザ媒質に可飽和吸収ミラーをコーティング形成すると共に、負分散ミラーが出力ミラーを兼ねる構成とすることで光学部品を低減し小型化したモード同期固体レーザ装置が提案されている。
米国特許7,106,764号明細書 特開平11-168252号公報 Optics Letters, vol.25 no.15 pp.1119-1121, 2000 Applied Optics, vol. 36 no.9, pp.1867-1874, 1997 Journal of Optical Society of America, vol. 16 no. 1, p.46-56, 1999
先に述べた図１７に記載の構成を有する従来のモード同期固体レーザ装置では、最低３枚の凹面ミラーが必要で、場合により、さらにビーム折り返しのためのミラーが複数必要となる。それにより、モード同期固体レーザを構成する光学部品点数が増大し、ひいては装置コストがかさむことになる。
ここで、具体的に従来のモード同期固体レーザ装置サイズを考察する。凹面ミラーとレーザ媒質および凹面ミラーとSESAM間は曲率半径の半分程度の距離に設定するので、３つの凹面ミラー、レーザ媒質、SESAMのみの構成であっても共振器長としては150ｍｍ（曲率半径100ｍｍの場合）〜300ｍｍ（曲率半径200ｍｍの場合）程度の長さが必要であり、さらに、共振器内に負群速度分散素子などを挿入するためのスペース（例えば、図１７の例では負群速度分散素子であるプリズム対86,87の間隔は450ｍｍである。）を設けることを考慮すると、500ｍｍから１ｍ級の共振器長が必須である。一般的に、固体レーザにおいてメートル級の共振器を組んだ場合、安定動作は難しく、この点から、従来装置はレーザ発振動作の安定性が低いものとなっていた。
また、さらに、固体レーザ媒質中の励起光ビーム半径ωPを小さくするために、ＬＤ等の励起光源から出力されたレーザ光を十分絞って固体レーザ媒質中に入射させるために、複数枚のレンズを組み合わせた複雑な励起光学系を備えており、励起光学系も大きいものになりがちであった。
特許文献１、２には、共振器を直線型として小型化を図った例が記載されているが、励起光は上の例と同様に凹面ミラーを介して入力する構成となっており、励起光学系の小型化が十分に図られていなかった。
本発明は、上記事情に鑑みて、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固体レーザ装置を提供することを目的とする。
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、
前記共振器の他端を構成する可飽和吸収ミラーと、
前記共振器内の、前記可飽和吸収ミラーとの距離がレーリ長の２倍以下となる位置に配された固体レーザ媒質と、
前記共振器の外部から励起光を共振器内に入射させる励起光学系と、
前記共振器を光が一往復した場合の、該共振器全体での群速度分散が０以下となるようにする、前記共振器内に配された負群速度分散素子と、
前記励起光学系により前記共振器の外部から共振器内に入射された前記励起光を、前記固体レーザ媒質に向けて反射すると共に、発振光を透過する、前記共振器内に配されたダイクロイックミラーとを備えたことを特徴とするものである。
ここで、レーリ長とは、ｚR＝πωA 2/λで規定される値であり、ここでは、発振光ビーム半径がビームウエスト（この場合ωA）の√２倍になる、ウエストからの光軸方向距離である。また、前記可飽和吸収ミラーと固体レーザ媒質との距離が「レーリ長の２倍以下」とは、両者の距離が０である場合、すなわち、可飽和吸収ミラーと固体レーザ媒質とが密着する場合を含むものとする。
なお、共振器内においては、前記出力ミラー側から、前記負群速度分散素子、前記ダイクロイックミラーおよび前記固体レーザ媒質がこの順で配置されていることが好ましい。
また、本発明のモード同期固体レーザ装置においては、固体レーザ媒質として、母材に希土類が添加されたものが適用されることが好ましい。そのような希土類としては、イッテルビウム（Yb）、エルビウム（Er）、あるいはネオジム（Nd）が挙げられる。
さらに、上述のように希土類が添加された固体レーザ媒質の好ましい例としては、Yb:YAG（Y3Al5O12）、Yb:KYW（K(WO4)2）、Yb:KGW（KGd(WO4)2）、Yb:Y2O3、Yb:Sc2O3、Yb:Lu2O3、Er,Yb：ガラス、Nd：ガラス等が挙げられる。
なお、本発明によるモード同期固体レーザ装置においては、可飽和吸収ミラーの吸収変調深さΔＲが0.4％以上であり、
下記関係式で表される、前記共振器内を所定の波長の光が一往復した場合の共振器内全分散量の絶対値｜Ｄ｜（ただしＤ＜０）が、前記可飽和吸収ミラーにより基本周期のソリトンパルス以外の動作様式が抑制可能なパルス帯域内に設定されていることが望ましい。
（ただし、τP：パルス幅、λ0：中心波長、Ａeff,L (＝πωL 2)：レーザ媒質における発振光ビーム断面積、ｎ2：レーザ媒質の非線形屈折率、ls：レーザ媒質の結晶長、ＥP：共振器内部パルスエネルギーである。）
ここで、「ソリトン以外の動作様式」とは、共振器において基本ソリトンパルスと競合して生じるダブルパルス、またはCWバックグラウンドなどの競合パルスをいう（図２参照）。
図３と表１を参照して、基本ソリトンパルスに競合して生じる競合パルスを簡単に説明する。シフトパルスとは、基本ソリトンパルスと比較し、パルス帯域、パルスエネルギーは等しいが中心周波数がδνshiftだけシフトしたものである。CWバックグラウンドとは、時間領域ではパルスではなくCW（連続波）動作している成分であり、スペクトル上は狭線幅である。ダブルパルスとは、基本ソリトンパルスの1/2のエネルギー、1/2のパルス帯域を持つ２個のパルス列のことである。全て基本ソリトンから周波数シフトしているが、図３では説明を簡単にするために、CWバックグラウンドとダブルパルスについてはシフト量を零として描いている。
なお、シフトパルスは、可飽和吸収ミラーの吸収変調深さにより抑制できないパルスであり、上記における「基本周期のソリトンパルス以外の動作様式」には、シフトパルスを含まないものとする。
共振器内全分散量Ｄは、パルス幅（なお、パルス幅はパルス帯域に逆比例する）との関係において上記式のように表され、0.4％以上の所定値に設定された、可飽和吸収ミラーの吸収変調深さにおいて、空間ホールバーニング効果により生じる競合パルス（ダブルパルスおよびＣＷバックグラウンド）が抑制されるパルス帯域から求められる範囲に設定する。
本発明者らは、モード同期固体レーザ装置の小型化を図る過程において、レーザ媒質とSESAMとをレーリ長以下で配置することにより、レーザ媒質上にビームウエストを形成しない構成であっても、ソリトンモード同期パルスを発生可能であることを見出した。
また、本発明者らは、装置を小型に構成した場合において、モードの安定性のために、可飽和吸収ミラーの吸収変調深さ、および共振器内全分散量に、所定の制限があることを見出し、これを明確にした。
本発明の好ましい形態である、可飽和吸収ミラーの吸収変調深さΔＲおよび共振器内全分散量Ｄの条件は、モード同期の安定性に関して仔細に検討した結果見出したものであり、これらの知見に基づいてはじめて為しえたものである。
なお、本発明は空間ホールバーニング効果が生じる系を対象としているので、例えば前記非特許文献３に示されているような、レーザ媒質が共振器の中央付近に配置され、空間ホールバーニング効果が無視できる装置は本発明の範囲には含まれない。
他方、本発明のモード同期固体レーザ装置においては、共振器が直線型のものとして構成されることが望ましい。
また、本発明のモード同期固体レーザ装置においては、共振器モードウエスト直径が100μｍ以下であることが望ましい。なお、この「直径」は、光の進行方向に垂直な断面のビーム強度分布において、光強度が最大強度の１/ｅ2以上である領域で定義するものとする。
さらに、上述の負群速度分散素子としては、プリズム対、回折格子対、負分散ミラーのいずれかまたは２つ以上の組み合わせからなるものを好適に用いることができる。
また、本発明のモード同期固体レーザ装置においては、負群速度分散素子として透過型負群速度分散ミラーが適用され、それが共振器の一端を構成する出力ミラーの機能を兼ね備えていることが特に望ましい。
さらに、本発明のモード同期固体レーザ装置において、固体レーザ媒質がYb:KYWである場合は、共振器内全分散量Ｄが−2500 fsec2以上、0 fsec2未満の範囲あることが望ましい。
一方、固体レーザ媒質がYb:KGWである場合は、共振器内全分散量Ｄが−5750 fsec2以上、0 fsec2未満の範囲あることが望ましい。
また、固体レーザ媒質がYb:YAGである場合は、共振器内全分散量Ｄが−1750 fsec2以上、0 fsec2未満の範囲あることが望ましい。
また、固体レーザ媒質がYb:Y2O3である場合は、共振器内全分散量Ｄが−3250 fsec2以上、0 fsec2未満の範囲にあることが望ましい。
また、固体レーザ媒質がYb:Lu2O3である場合は、共振器内全分散量Ｄが−3000 fsec2以上、0 fsec2未満の範囲にあることが望ましい。
また、固体レーザ媒質がYb:Sc2O3である場合は、共振器内全分散量Ｄが−3000 fsec2以上、0 fsec2未満の範囲にあることが望ましい。
さらに、固体レーザ媒質がEr,Yb:ガラスである場合は、共振器内全分散量Ｄが−1200 fsec2以上、0 fsec2未満の範囲にあることが望ましい。
また本発明のモード同期固体レーザ装置において共振器長は、好ましくは200ｍｍ以下、より好ましくは100ｍｍ以下、さらに好ましくは75ｍｍ以下、さらに好ましくは50ｍｍ以下とされる。
本発明のモード同期固体レーザ装置は、出力ミラーとSESAMにより共振端が構成された共振器を備え、レーザ媒質をSESAMとレーリ長の２倍以下となる位置に配置することにより、レーザ媒質中に発振光のビームウエストを形成することなく、レーザ媒質中で発振光の小さいビーム断面積を達成することができる。すなわち、従来は２つの凹面ミラーでレーザ媒質を挟み込んでビームウエストを形成し、さらにSESAMにビームウエストを形成していたのに対して、本発明ではレーザ媒質とSESAMを非常に近接（あるいは密着）して配置することにより、共振器内にビームウエストを複数形成する構成とする必要がなくなり、小型に装置構成を行うことができる。
また、励起光を、共振器内に挿入されたダイクロイックミラーによりレーザ媒質に導入する構成であることから、従来は、図１７に示したような複雑で大きな励起光学系を必要とするのに対し、大幅に励起光学系を小型、簡素化、さらに低コスト化できる。
従来の装置での励起光学系についての問題点をより詳細に説明する。共振器を構成するミラー（図１７では曲率半径20ｃｍの凹面ミラー）を介して励起していたため、励起光学系が大型、複雑で高コストであった。具体的な従来装置の励起光学系は以下のようなものである。励起光を固体レーザ媒質に集光する際、励起用半導体レーザのslow軸（遅軸；エミッタに平行）方向のビームスポットを概ね、1対1から1対2程度の倍率で集光することが多い。このとき、図１７のように、共振器凹面ミラーを介して励起光を固体レーザ媒質に入力する構成の場合、凹面ミラーとレーザ媒質までの距離が励起光学系の後方焦点距離に概略相当する。一枚レンズ系でこれを実現する場合、励起光学系の前側には、この距離の半分からほぼ同等だけの距離が必要である。凹面ミラーとしては曲率半径100ｍｍ〜200ｍｍ程度の凹面を用いる場合が多く、凹面ミラーとレーザ媒質との距離はこの半分の50ｍｍから100ｍｍ必要である。従って、半導体レーザからレーザ媒質までの距離は、75ｍｍ（凹面曲率半径100ｍｍで1:2結像）〜200ｍｍ（凹面曲率半径200ｍｍで1:1結像）だけ必要である。
さらに、一般的には1枚レンズ系ではなく、図１７のように複数枚のレンズを組み合わせることが行われている。励起半導体レーザのfast軸（速軸、エミッタに垂直方向）の発散角が大きいため、一般的には、fast軸に対するコリメート、集光用のレンズ系とslow軸用のコリメート、集光用のレンズ系を組み合わせることが行われている。このような構成では、最低でも、fast軸コリメートレンズ、slow軸コリメートレンズ（場合によりslow軸の拡大レンズ）、集光レンズの3〜4枚が必要である。このように、共振器ミラーを介した励起を行うと、励起光学系のレンズ系が大きく、複雑になりやすいという問題があった。
それに対して、既述の通り本発明では、共振器内にダイクロイックミラーを配置しているので、励起光源とレーザ媒質とを従来と比較して大幅に近接して配置することができる。つまり励起光学系であるレンズの前側焦点距離、後側焦点距離を共に大幅に小さくできる。このため、たとえば励起光学系として、屈折率分布型レンズなどを用いた一枚レンズを採用することができ、励起光学系を簡素化、小型化できることから、固体レーザ装置全体を小型化することができる。
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。
一方、可飽和吸収ミラー（SESAM）とレーザ媒質とを従来と比較して大幅に近接して配置した場合、空間ホールバーニング効果が顕著に起こり、モード同期と密接に結合して安定条件に影響を与えるようになる。なお、このような安定条件を検討している文献として、Applied Physics B vol.72 pp.267-278, 2001（以下、参考文献１という）が知られている。しかしこの文献は、ある限られた条件にのみ考察を加えており、モード同期の安定範囲を拡大する条件は明示していない。
可飽和吸収ミラーの吸収変調深さΔＲおよび共振器内全分散量Ｄを規定した本発明の好ましい形態は、このモード同期の安定性に関して仔細に検討した結果、モード同期の安定範囲が拡大できる条件を見出したことから得られたものである。以下、その点について詳しく説明する。
レーザ共振器の中で、利得媒質であるレーザ媒質の光軸上の位置により、いわゆる空間ホールバーニング効果の生じ方に差異が生じ、それがモード同期現象と結合して、モード同期の安定性に影響を与えることが、前述の参考文献１や、さらには文献Applied Physics B vol.61 pp.429-437, 1995および文献Applied Physics B vol.61 pp.569-579, 1995により知られている。
共振器を構成する反射ミラー面においては、内部に存在する光波電界の位相とびが生じ、電界強度が零になる「節」が存在する。レーザ媒質を反射ミラー近傍に配置した場合レーザ媒質の中には、この位相飛びから来るレーザ光波強度の空間的な縞が生じる。これが空間ホールバーニングである。この反射ミラーの近傍にレーザ媒質が配置されている場合と、共振器の中間辺りにレーザ媒質が配置されている場合とでは、モード同期動作に次のような違いがあることが知られている。文献Optics Letters vol.25 no.11 pp.859-861, 2000には、反射ミラーと固体レーザ媒質とが密着配置されたLD励起薄ディスクYb:YAG（Yb:Y3Al5O12）レーザにおいて、700fsec近傍のパルス幅でのみ安定なモード同期が得られ、それ以外のパルス幅では安定なCWモード同期が得られないことが示されている。一方、空間ホールバーニングを緩和した系（反射ミラーから離した場合と物理的に等価）においては、より広範囲のパルス幅（90psecから800fsec）が実現可能であることが知られている（文献Optics Letters vol.26 no.6 pp.379-381, 2001参照）。
参考文献１には、反射ミラー近傍にレーザ媒質が配置された場合、利得スペクトル上に凹みが生じ、これが内部を周回しているソリトンパルスの不安定性を生じさせると記載されている。より詳しくは、反射ミラー近傍では空間ホールバーニング効果がより強く発現するため、レーザ媒質中に生じる空間ホールバーニングによる利得の縞模様が、レーザ共振器中を周回しているレーザパルス（ここでは、ソリトンパルスのためパルス帯域が比較的広い）の周波数領域での利得スペクトルの変調に繋がり、これが、ひいては所望のパルスと競合する現象（シフトパルス、ダブルパルス、CWバックグラウンド）の方に優先的に利得を与える。これにより、所望のソリトンパルスが競合に負け、上記の望ましくないパルス現象が生じ、不安定となるのである。
本発明の構成では反射ミラーとして機能する可飽和吸収ミラーと固体レーザ媒質とを近接（あるいは密着）配置していることからこの空間ホールバーニング効果が強く発現し、ソリトンパルスが著しく不安定になる恐れがある。
前述した参考文献１では、LD励起Yb:YAGレーザにおける1030ｎｍ発振での700fsecパルス動作についてのみ検討され、しかも、数10Ｗの出力を狙う高出力領域動作の検討だけが行われている。100〜200fsecの短パルスが期待できる他の遷移、例えばYb:YAGの1050ｎｍ発振、Yb:KYW（Yb:KY(WO4)2）結晶、Yb:KGW（Yb:KGd(WO4)2）結晶、Yb:Y2O3、Yb:Sc2O3、Yb:Lu2O3やEr,Yb：ガラス、Nd:ガラスなどについてのモード同期安定条件は、全く検討されていない。
しかし本発明者らは、可飽和吸収ミラーの吸収変調深さを０．４％以上とし、上述の式を満たす共振器内全分散量｜Ｄ｜を、該可飽和吸収ミラーにより競合パルスを抑制することが可能なパルス帯域となる所定値とすることにより、安定したソリトンモード発振を行うことが可能であることを見いだした。そして、共振器内分散量Ｄとしては、場合によっては−数千fsec2程度を必要とすることを明らかにした。
従来は、上記共振器内分散量Ｄおよび吸収深さΔＲを各々どのような値に設定すれば良いか知られておらず、CWモード同期を安定に得ることが困難であったが、本発明の好ましい形態による上記条件を満たすことにより、安定にソリトンモード発振を行うことができるモード同期固体レーザ装置を容易に実現することができる。
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。
図１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（ポンピング光）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13と、共振器の一方の終端を構成する凹面出力ミラー14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、このSESAM16および出力ミラー14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、同じく共振器内に配置された負分散素子17とから構成されている。
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を励起する波長980ｎｍの励起光10を発するものが用いられている。またダイクロイックミラー13としては、波長980ｎｍの励起光10を反射させ、波長1045ｎｍの固体レーザ発振光18を透過させる特性のものが用いられている。また負分散素子17としては、前述したようなプリズム対、回折格子対、負分散ミラーのいずれかまたは２つ以上の組み合わせからなるものが適用されている。
そして上述の固体レーザ媒質15とSESAM16とは、SESAM16において形成される共振器モード半径（＝発振光のビーム半径）により決定されるレーリ長の２倍以下の距離ｄで近接配置されている。
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13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波長1045ｎｍ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14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。
ここでは、レーザ共振器内の負分散素子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。
ここで、レーリ長の２倍という条件について説明する。この条件は、固体レーザ装置において、ソリトンモード同期を生じさせ連続パルス発振を得るための上述の（１）および（２）式から本発明者が考察して得た条件である。固体レーザ媒質における発振光のビーム半径が大きくなりすぎると、発振閾値およびＣＷモード同期閾値が大きくなりすぎるとレーザ発振が起きない、あるいはモード同期が掛からずパルス発振ができないという問題が生じるが、固体レーザ媒質が発振光のビームウエストからレーリ長の２倍以下の位置に配置されていれば、ソリトン型のモード同期を得ることができる。
固体レーザ媒質15とSESAM16とをレーリ長の２倍程度離隔した場合、固体レーザ媒質15でのスポットサイズ（発振光ビーム半径）ωLは発振光ビームウエストωＡでの発振光ビーム半径の2.2倍に広がる。従って、既述の(１)式から、固体レーザ媒質15に発振光ビームウエストがくるよう構成されている場合と比較してレーザ発振閾値は4.8倍に上がる。しかし、ビームウエストでのビーム半径ωＡ＝25μｍ程度とすれば、発振光ビーム半径ωL＝2.2×25μｍであり、発振閾値を100ｍＷ以下にすることが可能である。なおこのときのレーリ長は1.9ｍｍ、２倍で3.8ｍｍである。発振閾値を100ｍＷ以下とすることができれば、十分高い効率で発振させることができる。
一方、前述の（２）式から、固体レーザ媒質15に発振光ビームウエストがくるよう構成されている場合と比較してＣＷモード同期閾値は、2.36ｎＪから5.93ｎＪ（ただしSESAM16の特性パラメータとして、ΔＲ＝0.9％、Ｆsat,A＝90μJ/ｃｍ2とした）とおよそ2.5倍程度増大することが分かる。しかし、この程度の増大は、発振閾値を100ｍＷ以下に抑えられていれば、十分な発振出力を確保でき、問題なくＣＷモード同期が達成可能なレベルである。
本装置においては、励起光10が共振器光軸と交わる方向から共振器に入力され、共振器内の共振器光軸上に配置されたダイクロイックミラー13により反射されて固体レーザ媒質へと導入される。このダイクロイッミラー13は、励起光を高反射（例えば、反射率＞85％）で反射するとともに、レーザ発振光を無反射（例えば、反射率＜0.5％）で透過させる。このため、挿入に伴うレーザ発振効率の低下は最小限に抑制出来るとともに、励起光源を従来の光学系よりも固体レーザ媒質に近づけることが出来るという利点がある。なお、このダイクロイックミラーは、45度入射あるいはブリュースター角での入射が望ましい。ダイクロイックミラーには、励起光の入射角度に応じたコート設計を施せばよい。
さらに、ダイクロイックミラーを備えた構成であることから、励起光学系を屈折率分布レンズ（GRINレンズ＝Graded Index レンズ）等の一枚レンズの光学系とすることが可能になる。この理由は、固体レーザ媒質と励起光学系レンズまでの距離を短縮できることに起因する。実際、１：２の結像系を構成するとして、例えば、ピッチ0.23、実効焦点距離1.94ｍｍのGRINレンズ（Thorlabs社製、レンズ長4.42ｍｍ、レンズ直径1.8ｍｍ）を用いる場合、光源からレンズ（前側主点）までの距離d1＝2/3f＝1.3ｍｍ、レンズ（後側主点）から固体レーザ媒質までの距離d2＝2×d1＝2.6ｍｍと、レンズ自体の長さを加えても、概略1.3＋2.6＋4.4＝8.3ｍｍと極めて小さく配置できる。１：２の光学倍率を実現するのに、前述したように、図１７に示す従来の装置ように凹面出力ミラーを介して励起光を入射させる構成をとると、それだけで75ｍｍ〜200ｍｍもの長さが必要になる。したがって、本発明で、極めて小さな励起光学系が実現できると言える。
このように、固体レーザ媒質とSESAMをレーリ長以下の距離で配置することにより、（１）式、および（２）式を満足させ、かつ、モード同期固体レーザ装置の小型化を図ることができる。すなわち、固体レーザ媒質とSESAMを上記距離で配置することにより、ソリトンパルスが発振可能な小型の固体レーザ装置を構成可能である。
しかしながら、前述の通り、固体レーザ媒質とSESAM（反射ミラー）を近接した場合、空間ホールバーニングが生じ、この空間ホールバーニングにより、競合プロセスが生じることから、ソリトンパルスが発生しても、競合パルスにより乱されてしまうという問題が生じる。
本発明者らは、SESAMの吸収変調深さΔＲと、共振器内全分散量Ｄを所定の範囲に設定することにより、この空間ホールバーニングにより生じる競合パルスを抑制し、安定なソリトンパルス動作を達成できることを明らかにした。
図３に、Yb:KYW結晶に対して数値計算された、空間ホールバーニングにより生じる競合パルスの利得優位度ΔＧのソリトンパルスのスペクトル帯域幅ΔλP（波長帯域で示している）に対する依存性を示す。この利得優位度ΔＧは、図１に示す構成のモード同期固体レーザ装置について、本発明者らが参照文献１記載の数式を適応させて求めたものである。図３の横軸は、レーザ発振しているソリトンパルスのスペクトル帯域ΔλPである。また、ここで基本周期ソリトンパルスの利得Ｇとして、Ｇ＝0.04を想定した（この値は、励起光のパワー、スポット系、装置構成に依存するが、現実的な装置構成における値として設定したものである。）。なお、利得優位度とは、各競合プロセス（シフトパルス、ＣＷバックグラウンド、ダブルパルス）と、ソリトンパルスとの利得の差を表している。図３から、常にソリトンパルスよりこれらの競合プロセスが僅かに高い利得を有することが分かる。所望の基本ソリトンでのCWモード同期を得るためには、これらの競合パルスを抑制する必要がある。
SESAM16は、パルスエネルギーＥPに応じた非線形反射特性を有しており（例えば、非特許文献３参照）、上記の競合過程のうち、ＣＷバックグラウンドとダブルパルスの抑制に効果がある。より具体的には、ＣＷバックグラウンド抑制のためには、変調深さΔＲの半分、すなわち、ΔＲ/２以下の利得優位度ΔＧであれば抑制できることが知られている。一方、ダブルパルスは、ΔＧがΔＲ/Ｓ（ここで、Ｓ＝ＥP/(Ｆsat,A・Ａeff,A）：SESAM飽和度）以下であれば抑制できる。
すなわち、図３において、ΔＧ（CW)≦ΔＲ／２、かつ、ΔＧ（DP)≦ΔＲ／Ｓを満たすパルス帯域においては、CWバックグランドとダブルパルスが抑制することができる。
一方、シフトパルスはSESAM16では抑制できない。これは、このシフトパルスの成分は、もともとの基本ソリトンパルスとパルス幅、パルス帯域、エネルギーにおいて同等で、周波数軸上でシフトしているもの（前記表1および図２参照）であることから、SESAM16に対し同じ飽和度を与えるため、弁別が効かないためである。
従って、シフトパルスの利得優位度ΔＧ（SP)が略０である範囲、かつΔＧ（CW)≦ΔＲ／２、かつ、ΔＧ（DP)≦ΔＲ／Ｓを満たすパルス帯域において、ソリトンモードが安定して生じるものとなる。なお、シフトパルスはSESAMで抑制できないため、ソリトンモードを安定して発生させることができるパルス帯域の下限は、シフトパルスにより制限される場合が多い。
さて一方、パルス幅τpは共振器内分散量Ｄの絶対値｜Ｄ｜と以下の比例関係で結び付けられる（非特許文献３参照）。
これらを考慮し、本発明者らは、ソリトンモード安定領域となるパルス帯域に制限があることは、共振器内全分散量Ｄに制限があることと等価であり、空間ホールバーニングを抑制して安定なソリトンモードを生じさせるためには、SESAMの吸収深さに応じて共振器内分散量Ｄを適切な範囲の値に設定する必要があることを明らかにした。図４に、（３）式から求めた共振器内全分散量のパルス帯域依存性を示す（パルス幅とパルス帯域とは逆比例の関係にある）。
以上の関係から、本発明者らは可飽和吸収ミラーを、共振器における基本ソリトンパルスに対するダブルパルスの利得優位度Ｇ（DP)、および基本ソリトンパルスに対するCWバックグラウンドの利得優位度Ｇ（CW)に対し、
ΔＧ（CW)≦ΔＲ／２かつ、ΔＧ（DP)≦ΔＲ／Ｓ・・・(Ａ）
を満たす吸収変調深さΔＲおよび飽和度Ｓを有するものとし、共振器内を所定の波長の光が一往復した場合の共振器内全分散量の絶対値｜Ｄ｜（ただしＤ＜０）を、（Ａ）式かつ、基本ソリトンパルスに対するシフトパルスの利得優位度Ｇ（SP)≒０を満たすパルス帯域の範囲に対応する値となるように装置を構成することにより、ソリトンパルスを安定して生じさせることができることを見出した。
以下、具体的な数値を用いて考察を行った。
一般的なモード同期固体レーザ装置においては、SESAM飽和度Ｓ＝３〜５程度で設計されており、本発明の具体的な構成においてもこの範囲の値を想定しており、特に以下では、Ｓ＝４を採用している。
図３を参照すると、ダブルパルスの利得優位度の最小値はΔＧ＝0.05％であるので、このダブルパルスを抑制するには、Ｓ＝４としたとき、吸収変調深さの最低ラインとしてΔＲmin≧ΔＧ・Ｓ＝0.2％とする必要がある。
一般的に製造されているSESAMの変調深さΔＲは0.3％程度が最小値であり、通常、空間ホールバーニングの無い系では、ΔＲ＝0.3％〜２％程度がモード同期に適切とされている。しかし、例えば、ΔＲ＝0.3％、Ｓ＝４とした場合、CWバックグラウンドを抑制するためには、パルス帯域は、ΔＲ/２＝0.15％のところで制限され、４ｎｍ〜７ｎｍというパルス帯域しか安定に存在できない。また、ダブルパルス条件から、ΔＲ/Ｓ＝0.075％となり、4.5ｎｍ〜6.0ｎｍとなり、この範囲でしかパルスが安定でない。またシフトパルス条件から、４ｎｍ以上でしか存在できない（図３に示すようにシフトパルスの利得優位度は４ｎｍ以上でほぼ０となるため）。これらの条件の積集合を取ると、結局、ダブルパルス条件が最も厳しく、パルス帯域4.5〜6.0ｎｍでのパルスしか許されないことになる。これは、フーリエ変換限界のパルスとして、254fsecから191fsec（波長λ0＝1045ｎｍ）のパルス幅（中心223fsec±14％）しか許されないという極めて限定された範囲になる。
ある程度余裕のあるパルス帯域を確保するためには、上述の最低ラインとなるΔＲmin＝0.2％の２倍以上は必要であり、現実的なSESAMの吸収変調深さはΔＲ≧0.4％である。ΔＲを0.4％以上とすることにより、パルス帯域を広げることができる。
例えば、ΔＲ＝0.8％、Ｓ＝４とした場合、可能なパルス帯域は、ΔλP＝4ｎｍ〜8ｎｍ、それに対応したパルス幅はτP＝287〜143fsecである。ΔＲ＝1.4％としたときには、パルス帯域を4ｎｍ〜11ｎｍまで広げることが出来、パルス幅287〜104fsecのパルスが生成可能である。
このように、SESAMの吸収変調深さを0.4％以上の所定の値とした場合、該ΔＲにより、ダブルパルスおよびＣＷバックグランドを抑制することができるパルス帯域（パルス幅）には制限がある。
さて、励起光源である半導体レーザとしてエミッタ幅が100μｍで出力３Ｗ級のものを想定し、共振器長を50ｍｍとし、伝送効率85％、吸収効率90％、光変換効率30％、出力結合ＴOC＝１％とすると、パルスエネルギーはおよそＥP＝23nJとなる。これがおよそ本発明で想定している最大のパルスエネルギーである（なお、図１に示すような本発明の対象となる小型な装置においては、これ以上パルスエネルギーは原理上達成できない。）。
この場合、図３を参照すると、104fsecパルス（パルス帯域11ｎｍに相当）を生成するには、950fsec2の負の分散量が必要である。安定範囲の下限４ｎｍ（シフトパルスによる制限）では、2500fsec2程度の負の分散量とすればよい。なお、共振器内全分散量ＤはパルスエネルギーＥPの関数でもあるので、パルスエネルギーが大きいと、より大きな分散量が必要になることから、本発明で想定している装置としては、これが共振器内全分散量の絶対値上限である。絶対値下限については、パルスエネルギーが小さくなればそれだけ共振器内全分散量も小さくする必要があり、図４から分かるように共振器内全分散量が略零の場合があり得ることから、絶対値下限は０超とした。
すなわち、図１に示した構成のモード同期固体レーザ装置において、固体レーザ媒質としてYb:KYWを用い、吸収変調深さΔＲ≧0.4％とした場合、共振器内全分散量Ｄは−2500fsec2以上０未満の範囲とする必要がある。もっとも、装置構成に応じて全分散量Ｄの範囲にはさらに制限がある。例えば、上述の例でΔＲ＝0.8％、Ｓ＝４、Ｅｐ＝20ｎＪとした場合、共振器内全分散量Ｄは−2500fsec2以上、−1400fsec2以下とする必要があり、また、ΔＲ＝1.4％、Ｓ＝４、Ｅｐ＝20ｎＪとした場合、共振器内全分散量Ｄは−2500fsec2以上、−1000fsec2以下とする必要がある。
この条件は、レーザ動作条件に影響を受けるが、大幅な変更は必要で無い。その理由は以下の通りである。まずパルスエネルギーＥPが低い場合には、図４に示すように、必要な分散量は、絶対値として小さくなるため、上記の範囲でよい。さらに、パルスエネルギーが大きくなる場合は、-2500fsec2より絶対値として大きい負の分散が必要であるが、せいぜい２倍程度である。何故なら、パルスエネルギーが２倍以上大きくなることは、共振器長を２倍以上長くし繰り返しを小さくするか、または、光変換効率が２倍以上に向上する場合であるが、どちらも本発明の想定範囲外である。また、利得が大きい場合（励起パワーが大きい場合）、Ｇ＝0.10の場合の競合パルスの利得優位度ΔＧを図５に示す。図５のように、利得が大きくなると基本ソリトンパルスの安定範囲が狭まるため、分散量の範囲は上記で十分である。
なお、ここでは、安定条件として、絶対値で最大の分散量（すなわち最大のパルス幅）を規定したが、現実的には、より短いパルス幅を得ることが、レーザの応用上望ましい。さらに、具体的に装置を組み立てるに当たっては、安定／不安定の境界領域近傍は動作が不安定になりやすいことを考慮する必要がある。そこで1/5程度の分散量の余裕を持たせることが好ましく、例えば、ΔＲ＝0.8％、Ｓ＝４、Ｅｐ＝20ｎＪとした場合、共振器内全分散量Ｄは−2000fsec2以上、−1700fsec2以下とすることで、より安定なCWモード同期動作を実現できる。
またさらに、市販の分散ミラーの最大分散量の絶対値は1200fsec2程度であり、このミラー一枚で分散を与えるとすると、望ましくは絶対値1200fsec2以下で安定する条件となるようにΔＲを設定する等する必要がある。これは下記の他のレーザ材料においても同様である。なお、分散量を絶対値で1200fsec2超とする場合は、例えば後述する図６や図７の形態のように分散ミラーを複数枚設けることで実現できる。
以上説明した実施形態では、固体レーザ媒質15がYb:KYWからなるものとしたが、競合パルスの基本ソリトンパルスに対する利得優位度について、Yb:KGW結晶でも、図３および図５と同様の計算結果が得られる。何故なら、Yb:KYWとYb:KGWとは、蛍光帯域幅、誘導放出断面積、吸収断面積などの各物性定数が、ほぼ同じであるからである。ただ一点異なることは、非線形屈折率ｎ2の値であり、Yb:KGW（ｎ2＝20×10-20ｍ2／Ｗ）はYb:KYW（ｎ2＝8.7×10-20ｍ2／Ｗ）の2.3倍の値である。したがって、共振器内分散量Ｄは、Yb:KYWを用いた場合よりも絶対値として2.3倍大きくする必要があり、固体レーザ媒質がYb:KGWである場合は、共振器内全分散量Ｄが−5750 fsec2以上0 fsec2未満の範囲が好ましいこととなる。
なお、図１の構成において、共振器長は50ｍｍとしたが、図１のような直線型共振器を構成する場合、共振器長は200ｍｍ以下であれば、モード同期の安定性とレーザ共振器の安定性を両立することが出来る。
先に述べたように共振器長を長くすることで、パルス繰り返しが下がり、パルスエネルギーが大きくなるため、CWモード同期閾値を容易に上回ることが可能となる。すなわち、CWモード同期に関する（2）式のみを考えれば、パルスエネルギーが大きいほど好ましく、共振器長は長ければ長いほど好ましいように思われる。
一方、機械的な変動によるレーザ出力の不安定という観点から見ると、共振器長は無制限に長くすることはできない。一般的には、共振器長は200ｍｍ程度が機械的な限界と考えられる。これは、以下の考察から導いたものである。
一般的に、共振器長が１ｍ程度のモード同期固体レーザ装置においては、機械的な振動・ドリフト、熱による機構部品の位置変異、剛性によるたわみなどに基づく光学アライメントのずれが、レーザ特性の劣化、不安定化をもたらしている場合が多い。共振器のアライメント許容度は、共振器長に逆比例し、ミラー曲率の関数であることが知られている。１ｍ級の装置におけるアライメント許容度は50〜100μrad程度である（参考文献：N.Hodgson and H. Weber, Optical Resonators p. 219, Springer）ことが知られている。このため共振器長を200ｍｍ以下にすれば、許容度を５倍の250〜500μrad以上にすることが出来る。ミラーの機械変動は、一概に定量化できないが、一般的なジンバルで、50μrad（８℃の温度変動；Newport社カタログ）であり、１ｍ級共振器では、許容度と同程度のミラー変動が生じるが、共振器長が200ｍｍ以下であれば、許容度の1/5程度と、出力変動が無視できるレベルに留まる。
このように、モード同期の安定性のみならず、レーザ共振器の安定性を考慮して、両者が両立することが出来る範囲としては、共振器長200ｍｍ以下であることが好ましい。
次に、レーザ共振器の構成についてさらに説明を加える。図１に示した負分散素子17として、具体的には、図６の実施形態に示すようにプリズム20,21からなるプリズム対を用いることもできるし、図７に示す実施形態のように負分散ミラー30,31からなる負分散ミラー対を用いることもできる。もちろん負分散を呈するものであれば、これらに限るものではなく、負分散ファイバや回折格子対でも構わない。
例えば、SF10ガラスからなるプリズム対を用いる場合は、共振器長を40ｃｍ以下にすることができる。何故なら、後で示す適切な負分散量を-2500fsec2としたとき、プリズム間隔を30ｃｍ程度とすることが出来るためである（前述の非特許文献３参照）。負分散ミラーについては、波長ごとに進入深さの異なる誘電体多層膜をコートしたチャープミラー（文献：レーザー研究 第27巻第11号、pp.744-749参照）や、いわゆるエタロン干渉計を用いたGTI（Gires-Tournois Interferometer）ミラー（文献：IEEE Transaction on Quantum Electronics, vol. 22, no.1 (1986) pp. 182-185参照）等が知られている。後者では、市販レベルのもので一面反射当たり-1000fsec2程度が実現可能であり、２枚を用いた場合、往復-4000fsec2もの負分散量が可能である。但し、本発明では、負分散量は、共振器内の正分散（レーザ媒質や通常のミラー、SESAM）の寄与を考慮した、正味の往復量で規定している。短共振器化としては、後者の負分散ミラーを使用するのが好ましい。この場合、共振器長は50ｍｍかそれ以下にまで低減できる。さらにこの場合、図８に示す実施形態のように出力ミラー14のミラー面に透過型負分散コート17Ａを施すことにより出力ミラー14が負分散ミラー17’を兼ねるようにしても良い。また、前者の場合には負分散ミラーとして、反射率99.8％程度のチャープミラーを用いることができる。
また、共振器構成は直線型であることが望ましいが、これに限らず、SESAM16と固体レーザ媒質15とが近接していれば、どのような構成を取っていても構わない。例えば、図９、図１０に示すようにL字型やV字型の共振器構造を採用することもできる。こうすることで、様々な幾何学的レイアウトが可能となる。なお図９において40は発振光18を反射させる平面ミラーであり、また図１０において50は発振光18を反射させる凹面ミラー、51は出力ミラーである。なお、Ｌ，Ｖ字型の構造の装置においても共振器長200ｍ以下であれば、直線型の場合と同様に、モード同期の安定性とレーザ共振器の安定性を両立することができ好ましい。
さらに、代表的な短パルス材料であるYb:YAG結晶の1050ｎｍ発振について、競合パルスの基本ソリトンパルスに対する利得優位度を算した結果を図１１に示す。ここでは、基本周期ソリトンパルスの利得Ｇとして、Ｇ＝0.07を想定している。
この場合にも、Ｓ＝4のとき、ΔＲ≧0.4％とすることでソリトンパルスを安定に発生させる帯域を得ることができることが判る。例えば、ΔＲ＝0.8％とすることにより、帯域2〜4ｎｍで、ダブルパルス、CWバックグラウンドを抑制することができる。さらにΔＲを大きくすることにより、より大きなパルス帯域でソリトンパルスを安定発振させることが可能となる。実用上は、300fsec以下の短パルス幅のソリトンモード同期を実現することが好ましく、従って、パルス帯域としては4ｎｍ（パルス幅287fsec相当）より大きくするのが好ましい。従って、Yb:YAGを用いる場合、ΔＲ≧0.8％以上とすることが望ましい。Yb:YAGの場合、Yb:KYWのおよそ70％の非線形屈折率（ｎ2＝6.2×10-20ｍ2／Ｗ）であるため、共振器内全分散量の最大分散量（絶対値）もYb:KYWの最大分散量（絶対値）の70％であり、−1750fsec2以上0 fsec2未満である。
固体レーザ媒質としては、単結晶を用いるのが一般的であるが、近年、ガーネット系材料など（YAG）では、セラミクス状態でのレーザ媒質の作製も行われており、本発明ではその種の固体レーザ媒質を用いることも可能である。セラミクスは、単結晶に比べ、同等またはそれ以上の光学的特性を有しながら、同時に大型化が可能であり、コスト削減が期待できる。ガーネット以外でも、Ｃ希土類と呼ばれる一群ではセラミクス化が可能であり、Yb:Y2O3、Yb:Sc2O3、Yb:Lu2O3などがこれに相当する（文献：Optics Express, vol. 11 no.22 (2003) pp. 2911-2916参照）。また、ガラスなど、本質的に大型化が可能で低コストの材料もレーザ媒質として使用実績がある。Ybを添加したガラスや、Er,Yb共添加ガラス（文献：Optics Letters, vol. 30 no.3 (2005) pp. 263-265参照）では、もともとガラスの有する広帯域発光を利用したデバイスが作製されている。これらに対しても、本発明は有効である。
次に図１２に、Yb:Y2O3について、競合パルスの基本ソリトンパルスに対する利得優位度の計算結果を示す。ここでは、基本周期ソリトンパルスの利得Ｇとして、Ｇ＝0.06を想定している。
この場合にも、Ｓ＝4のとき、ΔＲ≧0.4％とすることでソリトンパルスを安定に発生させる帯域を得ることができることが判る。例えば、ΔＲ＝0.8％、Ｓ＝4とすることにより、パルス帯域4〜6ｎｍで、ダブルパルス、CWバックグラウンドを抑制することができる。このように、ΔＲ＝0.4％のとき、ダブルパルス、CWバックグランドを抑制可能なパルス帯域は4ｎｍ近傍のみと非常に狭いが、ΔＲ≧0.8％以上とすることにより、より広いパルス帯域で競合パルスを抑制することが可能となる。
また、Yb:Y2O3の場合、Yb:KYWのおよそ1.3倍の非線形屈折率（ｎ2＝1.16×10-19ｍ2／Ｗ）であるため、その分、分散量Ｄの絶対値も1.3倍となる。従って、Yb:Y2O3についての、共振器内全分散量Ｄの好ましい範囲は、−3250fsec2以上０未満である。
さらに、同じ結晶構造を有するYb:Lu2O3やYb:Sc2O3についても同様の計算を行った。
Yb:Lu2O3について計算した結果を図１４に示す。ここでは、基本周期ソリトンパルスの利得Ｇとして、Ｇ＝0.05を想定している。この場合にも、Ｓ＝4のとき、ΔＲ≧0.4％とすることでソリトンパルスを安定に発生させる帯域を得ることができ、さらにΔＲを大きくすることによりその帯域を広げることができることが判る。
また、Yb:Lu2O3の場合、Yb:KYWのおよそ1.2倍の非線形屈折率（ｎ2＝1.0×10-19 ｍ2/Ｗ）であるため、その分、共振器内全分散量Ｄの絶対値も1.2倍となる。従って、Yb:Y2O3についての、共振器内全分散量Ｄの好ましい範囲は、−3000fsec2以上０未満である。なお、Yb:Lu2O3と同じ結晶構造を有し、ほぼ同等の非線形屈折率を有するYb:Sc2O3については、Yb:Lu2O3と同様の条件となる。
次に、図１４にEr,Yb共添加燐酸ガラスを用いた場合の競合パルスの基本ソリトンパルスに対する利得優位度の計算結果を示す。ここでは、基本周期ソリトンパルスの利得Ｇとして、Ｇ＝0.02を想定している。
Er,Yb共添加燐酸ガラスにおいては、Ybイオンで励起光を吸収し、エネルギー移乗を経て、Erイオンへとエネルギーを移す。さらに、燐酸ガラスという比較的フォノンエネルギーの大きな媒質を用いることで、励起準位4I11/2からレーザ上準位4I13/2へと高速緩和する。これにより、高効率で反転分布を形成できる。この場合、発振光波長は1550ｎｍ近傍、励起光波長は980ｎｍである。
Er,Yb共添加燐酸ガラスをレーザ媒質として用いる場合、波長1550ｎｍ〜1600ｎｍの発振光18を直接取り出すだけではなく、図１５に示すように発振光18を非線形光学結晶60に通して、第２高調波61を発生させるように構成することもできる。その場合は、発振光を波長780ｎｍ〜800ｎｍの帯域へと変換できる。こうすると、従来800ｎｍ近傍での固体レーザはTiSapphireなどの遷移金属結晶が必要で、かつ励起光源として532ｎｍ緑色レーザが必要であったところ、赤外波長帯域の半導体レーザ励起が可能で、かつ本質的に高効率な希土類遷移を使用できるというメリットが得られる。
Er,Yb共添加燐酸ガラスの場合、２ｎｍのパルス帯域でシフトパルスが略０となる。実用上は、600fsec以下の短パルス幅のソリトンモード同期を実現することが好ましく、従って、パルス帯域としては4ｎｍ（パルス幅600fsec相当）より大きくするのが好ましい。
またEr,Yb共添加燐酸ガラスは、非線形屈折率が小さいため（ｎ2＝3×10-20ｍ2／Ｗ）、分散値も小さくでき、共振器内全分散量の好ましい範囲は、-1200fsec2以上、0 fsec2未満である。
さらに、Ndを添加したレーザガラス材料においても、同様に考えることができる。例えば、Ndを添加したリン酸系レーザガラスにおいて、競合パルスの基本ソリトンパルスに対する利得優位度を計算した結果を図１６に示す。
この場合でも上述の場合と同様の考察により、パルス帯域４ｎｍ以上とすることが好ましい。ΔNd:リン酸ガラスの場合、非線形屈折率は、ｎ2＝2.8×10-20ｍ2／Ｗと、Yb:KYWの1/3程度であるため、分散量Ｄも1/3となり、共振器内全分散量の好ましい範囲は、−800fecs2以上、0 fsec2未満である。
なお、上記においては好ましい形態として、ソリトンモード同期を生じさせることができる条件について詳細に述べたが、分散量Ｄに上述のような制限を加えない場合、本発明のモード同期固体レーザ装置において、基本モード同期レーザを生じず、上述したダブルパルスやＱスイッチとなる可能性がある。一方で、ダブルパルスやＱスイッチパルスが望ましい応用もある。例えば、ナノ秒領域であるが、レーザによる金属などの加工では、１発目のパルスが加工対象物に到着し、レーザアブレーションを起こした後に、２発目が到来し、レーザアブレーションにより生成されたプラズマを加熱してレーザ加工の効率を上げる工夫などが報告されており、このような応用にダブルパルスを利用することができる。また、Ｑスイッチパルスレーザは、モード同期の有する高ピークパワーと、Ｑスイッチパルスの有する高エネルギーとがあいまってレーザ加工に好適な構成として利用することができる。
具体的には、上述の構成の固体レーザ装置において、負分散量を極度に大きく（-3000fsec2〜-5000fsec2）とした場合、Ｑスイッチあるいはダブルパルスが基本周期のモード同期と重畳したような波形が出力光として観測された。Ｑスイッチと動作の場合、平均出力は、基本周期のモード同期の状態とほぼ同程度であり、数ｋＨｚ〜数100ｋＨｚ程度の繰り返しで数μsecのロングパルス（Ｑスイッチパルス）の中に、モード同期のパルス列が並んでいた。そのような波形であっても、エネルギー増幅を施すことにより、レーザ加工などのエネルギー応用に好適に用いることができる。
本発明の一実施形態によるモード同期固体レーザ装置を示す概略側面図 モード同期固体レーザ装置におけるパルス競合現象を説明する図 モード同期レーザ装置におけるパルス帯域と利得優位度との関係の一例を示すグラフ パルス帯域と必要な分散量との関係を示すグラフ モード同期レーザ装置におけるパルス帯域と利得優位度との関係の一例を示すグラフ 本発明のさらに別の実施形態によるモード同期固体レーザ装置を示す概略側面図 本発明のさらに別の実施形態によるモード同期固体レーザ装置を示す概略側面図 本発明のさらに別の実施形態によるモード同期固体レーザ装置を示す概略側面図 本発明のさらに別の実施形態によるモード同期固体レーザ装置を示す概略側面図 本発明のさらに別の実施形態によるモード同期固体レーザ装置を示す概略側面図 モード同期レーザ装置におけるパルス帯域と利得優位度との関係の一例を示すグラフ モード同期レーザ装置におけるパルス帯域と利得優位度との関係の一例を示すグラフ モード同期レーザ装置におけるパルス帯域と利得優位度との関係の一例を示すグラフ モード同期レーザ装置におけるパルス帯域と利得優位度との関係の一例を示すグラフ 本発明のさらに別の実施形態によるモード同期固体レーザ装置を示す概略側面図 モード同期レーザ装置におけるパルス帯域と利得優位度との関係の一例を示すグラフ 従来のモード同期固体レーザ装置の一例を示す概略平面図
符号の説明
10 励起光
11 半導体レーザ
12 励起光学系
13 ダイクロイックミラー
14,51 出力ミラー
15 固体レーザ媒質
16 SESAM（半導体可飽和吸収ミラー）
17 負分散素子
17Ａ 透過型負分散コート
18 固体レーザ発振光
20,21 プリズム
30,31 負分散ミラー
40 平面ミラー
50 凹面ミラー
60 非線形光学結晶
61 第２高調波

Claims (16)

  1. 共振器の一端を構成する出力ミラーと、
    前記共振器の他端を構成する可飽和吸収ミラーと、
    前記共振器内の、前記可飽和吸収ミラーとの距離がレーリ長の２倍以下となる位置に配された固体レーザ媒質と、
    前記共振器の外部から励起光を共振器内に入射させる励起光学系と、
    前記共振器を光が一往復した場合の、該共振器全体での群速度分散が０以下となるようにする、前記共振器内に配された負群速度分散素子と、
    前記励起光学系により前記共振器の外部から共振器内に入射された前記励起光を、前記固体レーザ媒質に向けて反射すると共に、発振光を透過する、前記共振器内に配されたダイクロイックミラーとを備え、
    前記可飽和吸収ミラーの吸収変調深さΔＲが０．４％以上であり、
    励起条件として、最大励起出力３Ｗ以下、またはパルスエネルギーＥＰの最大値が２３nJ以下で励起し、前記共振器内を所定の波長の光が一往復した場合の共振器内全分散量の絶対値｜Ｄ｜（ただしＤ＜０）の最大値は、パルス帯域Δλ P より算出されるパルス幅τ P から下記関係式により算出されるものであり、当該パルス帯域Δλ P は、前記可飽和吸収ミラーにより基本周期のソリトンパルス以外の動作様式が抑制可能なΔＧ（ＣＷ）≦ΔＲ／２、かつ、ΔＧ（ＤＰ）≦ΔＲ／Ｓを満たす（ここで、ΔＧ（ＣＷ）は基本ソリトンパルスに対するＣＷバックグラウンドの利得優位度であり、ΔＧ（ＤＰ）は基本ソリトンパルスに対するダブルパルスの利得優位度）パルス帯域であることを特徴とするモード同期固体レーザ装置。
    （ただし、τP：パルス幅、λ0：中心波長、Ａeff,L (＝πωL 2)：レーザ媒質における発振光ビーム断面積、ｎ2：レーザ媒質の非線形屈折率、ls：レーザ媒質の結晶長、ＥP：共振器内部パルスエネルギーである。）
  2. 前記共振器内において、前記出力ミラー側から、前記負群速度分散素子、前記ダイクロイックミラーおよび前記固体レーザ媒質がこの順で配置されていることを特徴とする請求項１記載のモード同期固体レーザ装置。
  3. 前記固体レーザ媒質が、母材に希土類が添加されてなるものであることを特徴とする請求項１または２記載のモード同期固体レーザ装置。
  4. 前記希土類がイッテルビウム（Yb）、エルビウムEr、あるいはネオジム（Nd）であることを特徴とする請求項３記載のモード同期固体レーザ装置。
  5. 前記固体レーザ媒質が、Yb:YAG（Y3Al5O12）、Yb:KYW（K(WO4)2）、Yb:KGW（KGd(WO4)2）、Yb:Y2O3、Yb:Sc2O3、Yb:Lu2O3、Er,Yb：ガラス、Nd：ガラスのいずれかであることを特徴とする請求項３記載のモード同期固体レーザ装置。
  6. 前記固体レーザ媒質がYb:KYWである場合は、前記共振器内全分散量Ｄが−2500fsec2以上、0fsec2未満の範囲であることを特徴とする請求項１記載のモード同期固体レーザ装置。
  7. 前記固体レーザ媒質がYb:KGWである場合は、前記共振器内全分散量Ｄが−5750fsec2以上、0fsec2未満の範囲であることを特徴とする請求項１記載のモード同期固体レーザ装置。
  8. 前記固体レーザ媒質がYb:YAGである場合は、前記共振器内全分散量Ｄが−1750fsec2以上、0fsec2未満の範囲であることを特徴とする請求項１記載のモード同期固体レーザ装置。
  9. 前記固体レーザ媒質がYb:Y2O3である場合は、前記共振器内全分散量Ｄが−3250fsec2以上、0fsec2未満の範囲であることを特徴とする請求項１記載のモード同期固体レーザ装置。
  10. 前記固体レーザ媒質が、Yb:Lu2O3である場合は、前記共振器内全分散量Ｄが−3000fsec2以上、0fsec2未満の範囲であることを特徴とする請求項１記載のモード同期固体レーザ装置。
  11. 前記固体レーザ媒質が、Yb:Sc203である場合は、前記共振器内全分散量Ｄが−3000fsec2以上、0fsec2未満の範囲であることを特徴とする請求項１記載のモード同期固体レーザ装置。
  12. 前記固体レーザ媒質が、Er,Yb:ガラスである場合は、前記共振器内全分散量Ｄが−1200fsec2以上、0fsec2未満の範囲であることを特徴とする請求項１記載のモード同期固体レーザ装置。
  13. 前記共振器が直線型であることを特徴とする請求項１から１２いずれか１項記載のモード同期固体レーザ装置。
  14. 前記固体レーザ媒質における、前記レーザ発振光の直径が100μｍ以下であることを特徴とする請求項１から１３いずれか１項記載のモード同期固体レーザ装置。
  15. 前記負群速度分散素子が、プリズム対、回折格子対および負分散ミラーのいずれかまたは２つ以上の組み合わせからなるものであることを特徴とする請求項１から１４いずれか１項記載のモード同期固体レーザ装置。
  16. 前記負分散素子が前記レーザ発振光を透過する透過型負分散ミラーであって前記出力ミラーを兼ねていることを特徴とする請求項１から１５いずれか１項記載のモード同期固体レーザ装置。
JP2008221200A 2007-09-28 2008-08-29 モード同期固体レーザ装置 Expired - Fee Related JP5319990B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008221200A JP5319990B2 (ja) 2007-09-28 2008-08-29 モード同期固体レーザ装置

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007254220 2007-09-28
JP2007254220 2007-09-28
JP2008221200A JP5319990B2 (ja) 2007-09-28 2008-08-29 モード同期固体レーザ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009099952A JP2009099952A (ja) 2009-05-07
JP5319990B2 true JP5319990B2 (ja) 2013-10-16

Family

ID=40260699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008221200A Expired - Fee Related JP5319990B2 (ja) 2007-09-28 2008-08-29 モード同期固体レーザ装置

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2043206B1 (ja)
JP (1) JP5319990B2 (ja)
CN (1) CN101399426B (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010003866A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Fujifilm Corp モード同期固体レーザ装置
JP2010003865A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Fujifilm Corp モード同期固体レーザ装置
JP2010003864A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Fujifilm Corp モード同期固体レーザ装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101562310B (zh) 2009-05-04 2010-09-01 北京国科世纪激光技术有限公司 被动锁模皮秒激光器
CN101989728B (zh) * 2009-08-04 2014-04-02 高质激光有限公司 激光器结构和用于这种激光器结构的谐振元件
KR101030352B1 (ko) 2010-07-30 2011-04-20 인하대학교 산학협력단 포톤 탐사법을 이용한 개선된 점진적 포톤 매핑 방법
CN106532420B (zh) * 2016-11-30 2023-09-19 北京应用物理与计算数学研究所 一种混合腔锁模激光振荡器及其输出激光的方法
CN109167242B (zh) * 2018-08-23 2020-05-15 哈尔滨工程大学 一种确定被动调q固体激光器中饱和吸收体位置实现锁定脉冲重复频率的方法
JP7438057B2 (ja) 2020-08-13 2024-02-26 株式会社ディスコ 固体レーザ発振器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03209783A (ja) * 1990-01-11 1991-09-12 Komatsu Ltd 固体レーザ装置の共振器
JPH06244486A (ja) * 1993-01-26 1994-09-02 American Teleph & Telegr Co <Att> モードロックレーザ
JPH11261136A (ja) * 1998-03-11 1999-09-24 Oyo Koden Kenkyuushitsu:Kk 光パルス発生素子
US6393035B1 (en) * 1999-02-01 2002-05-21 Gigatera Ag High-repetition rate passively mode-locked solid-state laser
JP4579062B2 (ja) * 2005-06-10 2010-11-10 富士フイルム株式会社 モードロックレーザ装置
JP2007129210A (ja) * 2005-10-04 2007-05-24 Fujifilm Corp モードロックレーザ装置。
JP2007242940A (ja) * 2006-03-09 2007-09-20 Fujifilm Corp 固体レーザ発振装置および固体レーザ増幅装置
JP2008028379A (ja) * 2006-06-22 2008-02-07 Fujifilm Corp モードロックレーザ装置
EP1870972A1 (en) * 2006-06-22 2007-12-26 Fujifilm Corporation Mode-locked laser device
JP5035789B2 (ja) * 2006-08-31 2012-09-26 富士フイルム株式会社 モードロックレーザ装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010003866A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Fujifilm Corp モード同期固体レーザ装置
JP2010003865A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Fujifilm Corp モード同期固体レーザ装置
JP2010003864A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Fujifilm Corp モード同期固体レーザ装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2043206A3 (en) 2009-11-25
EP2043206B1 (en) 2013-11-06
JP2009099952A (ja) 2009-05-07
CN101399426B (zh) 2012-11-21
EP2043206A2 (en) 2009-04-01
CN101399426A (zh) 2009-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5319990B2 (ja) モード同期固体レーザ装置
JP5319989B2 (ja) モード同期固体レーザ装置
JP3987554B2 (ja) 高反復率のフェムト秒再生増幅装置
JP5615259B2 (ja) マルチパス光パワー増幅器
Giesen et al. Fifteen years of work on thin-disk lasers: results and scaling laws
US20170085053A1 (en) Compact ultra-short pulse source amplifiers
JP2008028379A (ja) モードロックレーザ装置
JP5456994B2 (ja) モード同期固体レーザ装置
US7889768B2 (en) Mode-locked solid-state laser apparatus
Heckl et al. Ultrafast thin-disk lasers
Brown et al. Compact laser-diode-based femtosecond sources
JP5456993B2 (ja) モード同期固体レーザ装置
US20070242710A1 (en) Laser apparatus
JP5456992B2 (ja) モード同期固体レーザ装置
JP2007242940A (ja) 固体レーザ発振装置および固体レーザ増幅装置
Okuyucu et al. Passively Q-switched Cr: LiCAF laser with a saturable Bragg reflector
JP2010258198A (ja) モード同期固体レーザ装置
Mangaiyarkarasi Physical condition for single-pulse emission in PQS microchip laser with good performance
Liu et al. Research on mode selection characteristics of high repetition frequency Pr: YLF laser based on pre-laser and multi-FP combination technology
Ghanbari Continuous-wave and passively mode-locked alexandrite lasers pumped at 532 nm
Pronin et al. Kerr-Lens Mode-Locked Thin-Disk Oscillator
Pronin et al. High-power Kerr-lens mode-locked thin-disk oscillator in the anomalous and normal dispersion regimes
Huang et al. Over ten-millijoule eye-safe laser generation by extra-cavity optical parametric oscillator driven with a diode-pumped Nd: YAG/Cr 4+: YAG Q-switched laser
Zimer et al. High-power Nd: YAG-MISER

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120808

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120814

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121012

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130129

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130328

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130709

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130712

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5319990

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees