JPH09307175A

JPH09307175A - レーザ装置

Info

Publication number: JPH09307175A
Application number: JP14504396A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Imoto; 元拓井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1997-11-28
Anticipated expiration: 2016-05-15
Also published as: JP2817709B2

Abstract

(57)【要約】【目的】入射レーザ光のパルス幅やチャープ量等が大幅
に変化しても、簡単な調整により、レーザパルス幅の圧
縮を可能とする。【構成】４枚のミラー４、７、１２、１３から構成する
リング型共振器と、このリング型共振器へのレーザ光の
導入とリング型共振器からのレーザの取り出しとを制御
する２台のポッケルスセル１、２と、偏光器９と、レー
ザ光が安定にリング型共振器内を巡回する像転送光学系
３と、一対の回析格子５、６と、前記一対の回析格子
５、６を同時に回転する回転テーブル８と、ポッケルス
セル１、２に所定のタイミングで半波長電圧を印加する
ドライバ１４、１５と所定のタイミング信号を発生する
タイミング設定装置１６とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ装置に関し、
特に回析格子を使用したレーザパルス圧縮装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】回析格子の波長分散を利用して、レーザ
パルス幅の圧縮あるいは拡大を行うことは、良く知られ
た技術であり、特に近年はチタン・サファイア（Ti：Sa
pphire）レーザの出現により、フェムト（１フェムト＝
１０^-15）秒領域までの極短パルスレーザ光も比較的容
易に得られ、高ピーク出力が必要な各種の応用方面に、
活発な研究活動が進められている。

【０００３】このようなパルス圧縮の原理を示す図３を
参照すると、一対の回析格子２１、２２を所定の間隔で
配置し、さらに入射レーザ光２３に対して所定の角度で
配置すると、短パルス化した出射レーザ光２４を得るこ
とができる。

【０００４】ここで、入射レーザ光２３は、光ファイバ
等を通過中に自己位相変調効果と群速度分散とによって
パルス幅を広げ、同時にパルスの前半が短波長で、後半
が長波長となる、いわゆるチャープ化したレーザパルス
である。このレーザ光２３が一対の回析格子２１、２２
で反射されると、その波長により光路が分岐して、長波
長成分（入＋△入）はより短い光路３６を、短波長成分
（入−△入）が長い光路３４を通過するので、入射レー
ザ光２３の前半部分は遅れ、後半部分は進むため、全体
として補正されることになり、パルス幅が圧縮される。

【０００５】ここで、回析格子２１、２２の配置は、長
短波長の光路長差が、入射レーザ光２３のパルス幅Ｔ×
光速度ｃとなるように設定することにより、極めて短い
パルス幅を実現できる。出射レーザパルス幅が極めて短
かい場合は、時間軸に対して急峻なパルスが得られ、同
時に高出力が得られ、用途が拡大される。

【０００６】しかしながら、回析格子を使用した場合の
光路長差は、回析格子の間隔と、レーザ光の回析格子へ
の入射角とにより決定されるため、入射レーザ光のパル
ス幅変動やチャープ量の度合により回析格子の設定角や
間隔等をその度に調整する必要があり煩雑である。

【０００７】特に入射レーザ光のパルス幅やチャープ量
等が大幅に変動した場合には、微調整の範囲では補整で
きず、新たに回析格子を追加して２対設けたり、配置関
係を根本的に変更する等の対策が必要となる。

【０００８】特開平４ー３０７９８２号公報に開示され
ている固体パルスレーザ装置の構成を示す図４のブロッ
ク図を参照すると、この装置は、励起装置とパルス発振
器とパルス圧縮器とから構成される。

【０００９】励起装置は、チタン・サファイアレーザ励
起用のアルゴンレーザ１から成る。パルス発振器は、レ
ーザ媒質であると共にカー媒質であり、レーザ４１によ
って励起されるチタンサファイア結晶４２と、有機色素
からなる過飽和吸収体であって、受動モード同期をかけ
る機能を有する可飽和色素４３と、各種光学素子４４、
４５、４６、４７とから成るチタンサファイアレーザか
ら構成される。パルス圧縮器は、パルス発振器から出力
される光パルスを圧縮すべく、回析格子４８と折り返し
直角プリズム４９とから構成される。

【００１０】かかる構成において、パルス発振器は、ア
ルゴンレーザ４１によって励起されると、パルス発振器
内にレーザ光を発生し、このレーザ光は、先ず可飽和色
素４３によって受動モード同期をかけられ、光強度を強
めた短パルスとなり、こうして短パルスとなったレーザ
光は、チタンサファイア結晶４２を通過する際、カー効
果による発振器内自己位相変調効果と線形分散との作用
を受け、この結果、パルス内周波数掃引のある圧縮可能
な光パルスがパルス発振器から直接出力され、パルス発
振器から出力された光パルスは、パルス圧縮器（等価回
析格子対）による位相補償を受け、これによりパルスは
圧縮され、パルス幅がさらに短くなる。

【００１１】しかしながら、かかる構成においては、入
射レーザ光のパルス幅やチャープ量等が変動した場合の
調整方法については何等開示がない。

【００１２】特開平１ー２３３４１６号公報に開示され
ている光パルス圧縮装置では、一対の回析格子の間隔及
び配置角度を調整する調整部を設け、回析格子間の間隔
を調整することにより線形成分を補償すると共に、回析
格子の配置角度を調整することにより非線形成分を補償
している。

【００１３】更に、特開平２ー２０９７８３号公報に開
示されている光パルス圧縮装置では、光ファイバを用い
ずに光パルスを圧縮する目的で、反射波長と透過波長と
の波長特性が互いに異なる３種類の光反射手段を、レー
ザダイオード光路上に所定の間隔をおいて配置すること
により、原光パルスを圧縮した合成パルスが得られる。

【００１４】このような従来技術においても、上述した
問題点を記載するところがなく、その対策についても当
然触れるところがない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、入射レーザ光の条件（パルス幅やチャープ量）が大
きく変動しても基本構成を変更しないで済み、また簡単
な調整方法によりパルス圧縮を実現するレーザ装置を提
供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前述の課題を確認するた
め本発明によるレーザ装置は、光路上に複数のミラーを
備えたリング型共振器と、前記共振器へのレーザ光の導
入及び前記共振器からのレーザ光の導出を制御するため
の一対のポッケルスセル及び偏光器と、前記光路上で回
転自在の回転テーブルに固定した一対の回析格子と、前
記一対のポッケルスセルに各々半波長電圧を所定の間隔
で印加するタイミング設定手段と、を備えて構成され
る。

【００１７】ここで、前記リング型共振器の光路上に、
レーザ光が安定に進行するための像転送光学系を前記セ
ルと前記回析格子との間に介在させる。また、前記偏光
器はＳ偏光を有するレーザ光を反射し、Ｐ偏光を有する
レーザ光を透過する機能を備え、前記一対のポッケルス
セルは、Ｓ偏光をＰ偏光に変換するセルと、Ｐ偏光をＳ
偏光に変換するセルとから成る。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を示す図１
のブロック図を参照すると、このレーザ装置は、第１の
ポッケルスセル１、第２のポッケルスセル２に所定のタ
イミングで半波長電圧を供給するための第１のドライバ
１４、第２のドライバ１５と、ドライバ１４、１５に各
々所定のタイミングを設定して駆動するためのタイミン
グ設定装置１６と、後述するリング型共振器と、この共
振器への入力及び出力を制御するための第１のポッケル
スセル１及び第２のポッケルスセル２と、レーザ光を入
射及び出射するように導く偏光器９とを備える。

【００１９】ここで、リング型共振器は、安定に光が進
行できるようにするための像転送光学系３と、所定の間
隔をおいて所定の角度で配置された一対の第１、第２の
回析格子５、６と、第１のミラー７と、第２のミラー１
２と、第３のミラー１３と、第４のミラー４とを備え
る。第１、第２の回析格子５、６は、共に回転テーブル
８に固定され、任意の回転角度に設定可能である。

【００２０】ポッケルスセル１、２をタイミング設定装
置１６により所定のタイミングで動作させることにより
任意の回数だけレーザ光をリング型共振器内を巡回させ
ることができ、また回転テーブル８を適宜調整すること
により一回当りの光路長差を任意に調整できる。

【００２１】リング型共振器へのレーザ光の導入及びレ
ーザ光の導出は、一対のポッケルスセル１、２と偏光器
９とにより行われる。

【００２２】本実施形態の動作を示す図２のタイミング
・チャートを参照すると，Ｓ偏光を有する入射レーザ１
０は、偏光器９で反射され、第２のポッケルスセル２を
通過するが、その際ポッケルスセル効果により、Ｓ偏光
が回転されてＰ偏光となる。

【００２３】このレーザ光が、リング共振器内を巡回す
るが、再びポッケルスセル２を通過するときには、既に
ポッケルスセル２に印加された電圧が除去されているの
で、Ｐ偏光のままリング型共振器内を巡回する。このレ
ーザ光が、所定の回数巡回した時点で第１のポッケルス
セル１に半波長電圧を印加すると、このレーザ光はＰ偏
光からＳ偏光に回転させられるので、偏光器９で反射さ
れ出射レーザ１１となる。こうして、レーザ光をリング
型共振器から導出することができる。

【００２４】図１、図２を参照して、詳細に説明する
と、先ず入射レーザ１０のパルス幅及びチャープ量が、
あらかじめ知られているから、与えるべき光路長差Ｄが
計算により求まる。次に、リング型共振器内のレーザ光
巡回回数Ｎを決定し、一回当たりの光路長差ｄ＝Ｄ／Ｎ
を求める。

【００２５】この一回当たりの光路長差ｄは、回析格子
５、６への入射角により、一義的に決まるので、回転テ
ーブル８を調整して、適切な角度に設定する。巡回回数
Ｎが定まれば、リング型共振器の光路長Ｌも決まる。こ
の光路長Ｌは、図１の第４のミラー４から第１のミラー
７、第２のミラー１２、第３のミラー１３を経て、再び
第４のミラー４に至るまでの光路長である。

【００２６】ここで、第１、第２のポッケルスセル１、
２を動作させる時間間隔ｔ＝ＮＫＡＬ／Ｃ（光速度）が
計算でき、この間隔ｔとなるように、タイミング設定装
置１６を設定する。

【００２７】以上の状態で、パルス圧縮装置を待機さ
せ、入射レーザ１０の入射と共に、タイミング設定装置
１６で第２のポッケルスセル２を動作させると、レーザ
光はリング型共振器内を巡回し、一回当たりＤ／Ｎの光
路長差ｄを得ることができ、ｔ秒後の第１のポッケルス
セル１の動作により、出射レーザ１１として外部に導出
する時点では、光路長差Ｄを得ているため、パルス圧縮
が行える。

【００２８】その際、回析格子５、６は、レーザ光の入
射角を変えられるため、光路長差を連続的に変化でき
る。また、上述した通り、巡回回数も任意に設定できる
ため、結局、任意の光路長差を与えることができ、どの
ようなパルス幅のレーザ光に対しても、格別配置を変更
することなく、圧縮することができる。

【００２９】本実施形態によれば、特に回転テーブル８
に搭載され、同時に入射角を変更できる一対の回析格子
５、６や、４個のミラー４、７、１２、１３を備えたリ
ング型共振器等を設けたため、どのような性質のレーザ
光に対しても、適切な光路長差を与えることが可能とな
る。

【００３０】

【発明の効果】】以上説明したように、本発明のレーザ
装置によれば、入射レーザ光のパルス幅やチャープ量等
が大幅に変化しても、簡単な調整によりパルス圧縮がで
き、回析格子の増設や配置変え等を行わないで済むとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ装置の一実施の形態を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャ
ートである。

【図３】レーザ光のパルス圧縮原理を示す平面図であ
る。

【図４】従来の固体パルスレーザのパルス圧縮器を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１、２ポッケルスセル３像転送光学系４、７、１２、１３ミラー５、６、２１、２２、４８回析格子８回転テーブル９偏光器１０入射レーザ１１出射レーザ１４、１５ドライバ１６タイミング設定装置２３、２４レーザ光４１アルゴンレーザ４２チタンサファイア結晶４３可飽和色素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光路上に複数のミラーを備えたリング型共
振器と、前記共振器へのレーザ光の導入及び前記共振器からのレ
ーザ光の導出を制御するための一対のポッケルスセル及
び偏光器と、前記光路上で回転自在の回転テーブルに固定した一対の
回析格子と、前記一対のポッケルスセルに各々半波長電圧を所定の間
隔で印加するタイミング設定手段と、を備えて成ること
を特徴とするレーザ装置。
【請求項２】前記リング型共振器の光路上に、レーザ光
が安定に進行するための像転送光学系を、前記セルと前
記回析格子との間に介在させた請求項１に記載のレーザ
装置。
【請求項３】前記偏光器は、Ｓ偏光を有するレーザ光を
反射し、Ｐ偏光を有するレーザ光を透過する機能を備え
る請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】前記一対のポッケルスセルは、Ｓ偏光をＰ
偏光に変換するセルと、Ｐ偏光をＳ偏光に変換するセル
とからなる請求項１に記載のレーザ装置。