JPH08255941A - 超短パルスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、超短パルスレーザ光におけるパルス
列中のパルス数、１パルス当たりのエネルギー、パルス
列全体のエネルギーを容易に制御する。 【構成】共振器内にトリガ光を入射することにより、こ
の共振器内でモード同期した光を偏光ビームスプリッタ
(6) を通して超短パルスレーザとして出力する際、共振
器内の光軸に配置されたポッケルスセル(14)に対する印
加電圧の印加時間及び立上がり立ち下がり時間をポッケ
ルスセルドライバ(15,16) により可変制御してその偏光
を可変する。この場合、ポッケルスセル(14)に対する印
加電圧を長くすればパルスエネルギーが大きくなり、
又、印加電圧の立ち下がりを長くすればパルス列の長さ
が長くなり、これを短くすればパルス列の長さが短くな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超短パルスレーザをパ
ルス列に出力する超短パルスレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超短パルスレーザ列は、超高速現象の観
測やパルスレーザ計測用の光源として、例えば二重露光
干渉法、ストロボ干渉法等による高周波振動の測定、プ
ラズマ計測に用いられている。

【０００３】この超短パルスレーザ列は、多くの場合モ
ード同期レーザによって発生するもので、その発生方法
には、モードロックレーザパルス列を出力するパルス励
起モードロックレーザやモードロックレーザパルス列の
一部を外部のパルススライサーを使って切り出す方法が
ある。

【０００４】ところで、パルスレーザ計測用の光源とし
て超短パルスレーザ列を用いる場合、パルス列中のパル
ス数、１パルス当たりのエネルギー、パルス列全体のエ
ネルギーを調整できることが要求されている。

【０００５】しかしながら、パルス励起モードロックレ
ーザの方法では、パルス列の幅が励起パルス光のパルス
幅、又はレーザ媒質の励起状態の寿命により決まり、パ
ルス列中のパルス数、１パルス当たりのエネルギー、パ
ルス列全体のエネルギーを調整することは困難である。
一方、モードロックレーザパルス列の一部を切り出す方
法では、パルスエネルギーがモードロックレーザにより
規定されて調整できない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにパルス励
起モードロックレーザの方法では、パルス列の幅が励起
パルス光のパルス幅、又はレーザ媒質の励起状態の寿命
により決まり、パルス列中のパルス数等を調整できず、
又、モードロックレーザパルス列の一部を切り出す方法
では、パルスエネルギーがモードロックレーザにより規
定されて調整できない。

【０００７】そこで本発明は、パルス列中のパルス数、
１パルス当たりのエネルギー、パルス列全体のエネルギ
ーを容易に制御できる超短パルスレーザ装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、共振器内の光
軸にレーザ媒質及びビームスプリッタを配置し、このビ
ームスプリッタを通してトリガ光を共振器内に入射し、
この共振器内でモード同期した光をビームスプリッタを
通して超短パルスレーザとして出力する超短パルスレー
ザ装置において、共振器内の光軸に配置され、印加電圧
の変化に応じて偏光可変な光変調素子と、この光変調素
子に対する印加電圧の印加時間及び立上がり立ち下がり
時間を可変制御する電圧制御手段とを備えて上記目的を
達成しようとする超短パルスレーザ装置である。

【０００９】

【作用】このような手段を備えたことにより、共振器内
にトリガ光を入射することにより、この共振器内でモー
ド同期した光をビームスプリッタを通して超短パルスレ
ーザとして出力する際、共振器内の光軸に配置された光
変調素子に対する印加電圧の印加時間及び立上がり立ち
下がり時間を電圧制御手段により可変制御してその変更
を可変する。この場合、光変調素子に対する印加電圧を
長くすればパルスエネルギーが大きくなり、又、印加電
圧の立ち下がりを長くすればパルス列の長さが長くな
り、これを短くすればパルス列の長さが短くなる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は超短パルスレーザ装置の構成図で
ある。アレキサンドライトレーザ共振器を構成する各高
反射ミラー１、２が配置されおり、この共振器の光軸Ｓ
上には、レーザ媒質としてのアレキサンドライトレーザ
ロッド３が配置されている。このアレキサンドライトレ
ーザロッド３には、フラッシュランプ４が並設され、こ
のランプ４にランプ電源５が接続されている。なお、ア
レキサンドライトレーザ光は、図中Ａ方向の偏光により
発振するものとなっている。

【００１１】又、共振器の光軸Ｓ上には、偏光ビームス
プリッタ６が配置され、その分岐光軸Ｆ上にはλ／２偏
光板７、ファラデーローテータ８、偏光ビームスプリッ
タ９及びアンプ用アレキサンドライトレーザロッド１０
が配置されている。

【００１２】このうち偏光ビームスプリッタ９の分岐光
軸Ｈ上には、ＬＤパルサー１１が配置されている。この
ＬＤパルサー１１は、トリガ光としてのＬＤパルスを偏
光ビームスプリッタ９に対して出力する機能を有してい
る。なお、上記λ／２偏光板７、ファラデーローテータ
８及び偏光ビームスプリッタ９は、超短パルス光の共振
器への入射、この共振器からの超短パルスレーザ光の出
射の光軸を変えるスイッチとして作用する。

【００１３】又、アンプ用アレキサンドライトレーザロ
ッド１０には、フラッシュランプ１２が並設され、これ
にランプ電源１３が接続されている。一方、共振器の光
軸上には、ポッケルスセル１４が配置されている。この
ポッケルスセル１４は、各ポッケルスセルドライバ１
５、１６が接続され、これらドライバ１５、１６により
印加される各電圧の差電圧が台形状のパルス電圧として
印加されるようになっている。

【００１４】なお、このポッケルスセル１４は、印加電
圧が零の場合にλ／４偏光板として作用し、又電圧（λ
／２電圧値）が印加されている場合にλ／２偏光板とし
て作用するものとなっている。

【００１５】又、ディレイジェネレータ１７は、ランプ
電源５からの発光トリガ信号ａを受け、このときからフ
ラッシュランプ４の発光強度が最大となるまで期間（約
２００μｓ）だけ遅延してトリガ信号ｂをＬＤパルサー
１１に対して出力し、かつ各ポッケルスセルドライバ１
５、１６に対して各ドライブ信号ｄ１、ｄ２を出力し、
台形状のパルス電圧をポッケルスセル１４に印加させる
機能を有している。

【００１６】この場合、ディレイジェネレータ１７は、
図２に示すように台形状のパルス電圧の立上がり時間を
１μｓ以下、立ち下がり時間を１ｎｓ〜１００ｎｓの間
で可変し、かつパルス幅を１００ｎｓ〜１０μｓの間で
可変とする機能を有している。

【００１７】又、ディレイジェネレータ１７は、台形状
のパルス電圧の電圧波形についての信号をランプ電源１
３に与え、このランプ電源１３において台形状のパルス
電圧の波形に合わせた発光を行うように制御する機能を
有している。

【００１８】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。ランプ電源５によってフラッシュランプ
４が発光し、これによりアレキサンドライトレーザロッ
ド３は励起される。このときフラッシュランプ４の発光
強度は、図３に示すように発光開始後から約２００μｓ
後に最大となり、これに伴ってアレキサンドライトレー
ザロッド３の励起も最大となる。

【００１９】又、ランプ電源５は、フラッシュランプ４
の発光駆動と同時に発光トリガ信号ａをディレイジェネ
レータ１７に出力する。このディレイジェネレータ１７
は、発光トリガ信号ａを受け、このときからフラッシュ
ランプ４の発光強度が最大となるまで約２００μｓだけ
遅延してトリガ信号ｂをＬＤパルサー１１に対して出力
する。

【００２０】このＬＤパルサー１１は、トリガ信号ｂを
受けると同時に図３に示すようにＬＤパルス光を出力す
る。このＬＤパルス光の偏光は図１に示すＢである。こ
のＬＤパルス光は、偏光ビームスプリッタ９により光軸
Ｆに分岐され、さらにファラデーローテータ８により４
５°偏光が回転し、次のλ／２偏光板７により４５°偏
光されて元に戻り、偏光Ｂの状態で偏光ビームスプリッ
タ６に入射し、共振器内の光軸Ｓに入射する。

【００２１】この共振器内の光軸Ｓに入射したＬＤパル
ス光は、ポッケルスセル１４を透過するが、このときポ
ッケルスセル１４は、各ポッケルスセルドライバ１５、
１６により同一電圧が印加されてその差電圧が零の状態
であり、実質的には電圧が印加されていないのと同一状
態となっている。

【００２２】従って、ポッケルスセル１４はλ／４偏光
板として作用し、ＬＤパルス光は、図４に示すように円
偏光となり、高反射ミラー２で反射して再びポッケルス
セル１４を透過することにより直線偏光となる。このと
き、偏光方向はＡ方向となる。

【００２３】このＬＤパルス光が再びポッケルスセル１
４を透過する前に、ディレイジェネレータ１７は各ポッ
ケルスセルドライバ１５、１６のうち例えばドライバ１
５による印加電圧を零に立ち下げ、これらドライバ１
５、１６による印加電圧の差電圧がλ／２電圧値となる
ように制御する。これにより、ポッケルスセル１４はλ
／２偏光板として作用する。

【００２４】この状態に図５に示すようにＬＤパルス光
が再びポッケルスセル１４を透過すると、このＬＤパル
ス光は偏光方向が９０°回転してＣ方向となり、光反射
ミラー２で反射し、この後に再びポッケルスセル１４を
透過すると偏光が９０°回転してＡ方向となる。

【００２５】このようにポッケルスセル１４がλ／２偏
光板として作用している間、ポッケルスセル１４よりも
レーザロッド３側では、ＬＤパルス光の偏光は常にＡ方
向となり、このレーザロッド３を透過するたびに増幅さ
れる。

【００２６】この状態にポッケルスセル１４に対する印
加電圧が１ｎｓ程度で立ち下がると、ＬＤパルス光は、
λ／４偏光板として作用するポッケルスセル１４を２回
透過してＣ方向の偏光となり、偏光ビームスプリッタ６
により分岐されて共振器の外に出力される。この出力さ
れたパルス光は、λ／２偏光板７により４５°偏光が回
転し、次にファラデーローテータ８により４５°偏光が
回転し、Ｄ方向の偏光となって偏光ビームスプリッタ９
を透過して再生増幅パルスとして出力される。

【００２７】一方、ポッケルスセル１４に対する印加電
圧の立ち下がりが数１０ｎｓであれば、ポッケルスセル
１４の印加電圧が立ち下がる途中で、増幅されたＬＤパ
ルス光がポッケルスセル１４を透過するが、印加電圧が
零に下がっていないため、２回ポッケルスセル１４を透
過しても直線偏光にはならず、このうちＣ方向の偏光成
分のみが偏光ビームスプリッタ６で反射して共振器外に
出力され、Ａ方向偏光成分は共振器内に残る。

【００２８】次にポッケルスセル１４にＬＤパルス光が
透過したときも、印加電圧が零に下がっていないため、
２回ポッケルスセル１４を透過しても直線偏光にはなら
ず、このうちＣ方向の偏光成分のみが偏光ビームスプリ
ッタ６で反射して共振器外に出力される。

【００２９】このようにポッケルスセル１４に対する印
加電圧が零となるまで、パルス光は除々に共振器外に出
力され、パルス列を形成する。このときパルス列のパル
ス間隔は、共振器内の１往復の時間に対応する。

【００３０】又、ポッケルスセル１４に印加する台形状
の電圧波形を長く制御すると、再生増幅時間が長くな
り、パルスエネルギーが大きくなる。台形状の電圧波形
の立ち下がり時間を長く制御すると、パルス列の長さが
長くなり、短くするとパルス列の長さが短くなる。

【００３１】そして、共振器から出力されたパルス光
は、λ／２偏光板７により４５°偏光が回転し、次にフ
ァラデーローテータ８により４５°偏光が回転し、Ｄ方
向の偏光となって偏光ビームスプリッタ９を透過し、ア
ンプ用アレキサンドライトレーザロッド１０により増幅
され、超短パルスレーザ光として出力される。

【００３２】この場合、このレーザロッド１０に対する
励起は、ディレイジェネレータ１７により台形状のパル
ス電圧の波形に合わせてランプ電源１３を発光制御する
ことにより行われる。

【００３３】このように上記一実施例においては、共振
器内のポッケルスセル１４に対する印加電圧の印加時間
及び立上がり立ち下がり時間を可変制御するようにした
ので、超短パルスレーザ光のパルス列長さ、全パルス列
エネルギー、１パルス当たりのエネルギーの制御が容易
にできる。

【００３４】このうち、全パルス列エネルギー及び１パ
ルス当たりのエネルギーは、ディレイジェネレータ１７
により各ポッケルスセルドライバ１５、１６の動作タイ
ミングを変えてポッケルスセル１４に印加される台形状
の電圧波形のパルス幅を変化させることにより制御で
き、パルス列長さは各ポッケルスセルドライバ１５、１
６により印加電圧の立ち下がり時間を変化させることに
より制御できる。

【００３５】例えば、共振器１往復時間が８ｎｓであれ
ば、印加電圧の立ち下がり時間１ｎｓ以下となって超短
パルスレーザ光を１パルス、１０ｎｓ程度ならば２パル
ス、数１０ｎｓならば数パルスとなる。

【００３６】又、全パルスのエネルギーを変えずにパル
ス列の長さを長くすることもできる。さらに、ポッケル
スセル１４に対する印加電圧の立ち下がり時の電圧波形
を制御すれば、パルス列のパルス毎にエネルギーを変化
させることもできる。

【００３７】なお、本発明は上記一実施例に限定される
ものでなくその要旨を変更しない範囲で変形してもよ
い。例えば、ゲイン調整可能なアンプを組み合わせるこ
とにより、パルス列ピークパワーを一定にした動作モー
ド、パルス列全エネルギーを一定にした動作モード等を
一体とした装置を実現できる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、超
短パルスレーザ光におけるパルス列中のパルス数、１パ
ルス当たりのエネルギー、パルス列全体のエネルギーを
容易に制御できる超短パルスレーザ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる超短パルスレーザ装置の一実施
例を示す構成図。

【図２】同装置におけるポッケルスセルに対する印加電
圧の波形図。

【図３】同装置におけるトリガ信号の発生タイミングを
示す図。

【図４】同装置の作用を示す図。

【図５】同装置の作用を示す図。

【符号の説明】

１，２…高反射ミラー、３…アレキサンドライトレーザ
ロッド、６，９…偏光ビームスプリッタ、７…λ／２偏
光板、８…ファラデーローテータ、１０…アンプ用アレ
キサンドライトレーザロッド、１１…ＬＤパルサー、１
４…ポッケルスセル、１５，１６…ポッケルスセルドラ
イバ、１７…ディレイジェネレータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振器内の光軸にレーザ媒質及びビーム
   スプリッタを配置し、このビームスプリッタを通してト
   リガ光を前記共振器内に入射し、この共振器内でモード
   同期した光を前記ビームスプリッタを通して超短パルス
   レーザとして出力する超短パルスレーザ装置において、 前記共振器内の光軸に配置され、印加電圧の変化に応じ
   て偏光可変な光変調素子と、この光変調素子に対する印
   加電圧の印加時間及び立上がり立ち下がり時間を可変制
   御する電圧制御手段とを具備したことを特徴とする超短
   パルスレーザ装置。