WO2010041539A1 - 光学素子、レーザ光発振装置及びレーザ光増幅装置 - Google Patents

光学素子、レーザ光発振装置及びレーザ光増幅装置 Download PDF

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WO2010041539A1
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laser light
chromatic dispersion
medium
wall surface
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PCT/JP2009/066041
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Inventor
晃永 山本
陽一 河田
真吾 大石
俊治 森口
繁 坂本
晴康 伊藤
正俊 藤本
宏典 高橋
憲志 福満
勝己 柴山
紳一郎 青島
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浜松ホトニクス株式会社
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/004—Systems comprising a plurality of reflections between two or more surfaces, e.g. cells, resonators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0977—Reflective elements
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
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    • 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
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Definitions

  • the present invention relates to an optical element capable of compensating wavelength dispersion of laser light, and a laser light oscillation apparatus and laser light amplification apparatus using the optical element.
  • Patent Documents 1 and 2 below disclose inventions for compensating the wavelength dispersion of laser light.
  • the dispersion correction apparatus described in Patent Document 1 includes a pair of prisms arranged on an optical path, and compensates wavelength dispersion of laser light by these prisms.
  • the laser light oscillation device described in Patent Document 2 includes a pair of diffraction grating elements arranged on an optical path, and compensates for group velocity dispersion (GVD) of laser light, that is, wavelength dispersion, by these diffraction grating elements. .
  • VTD group velocity dispersion
  • an object of the present invention is to provide an optical element, a laser light oscillation device, and a laser light amplification device that can compensate for wavelength dispersion of laser light more easily than in the past.
  • An optical element of the present invention is an optical element that is made of a light-transmitting medium, has a refractive index larger than that of air, and propagates the inside while reflecting incident laser light multiple times on the wall surface.
  • the entrance window for entering the laser beam, the exit window for exiting the laser beam propagating through the interior, located in part of the wall, and the part of the medium A chromatic dispersion compensator that compensates for chromatic dispersion by transmitting or reflecting the laser light at least twice.
  • the chromatic dispersion compensation unit for compensating the chromatic dispersion of the laser light is integrally located in a part of the medium constituting the optical element, so that the position adjustment of the chromatic dispersion compensation unit is easy. is there. Therefore, according to this optical element, it becomes possible to compensate the wavelength dispersion of the laser light more easily than in the past.
  • the refractive index of the medium constituting the optical element is larger than the refractive index of air, the distance that the laser light propagates inside the optical element can be increased, and the optical path length can be increased. (Lengthening the optical path length). Further, since the laser beam is propagated while being reflected by the wall surface a plurality of times inside the optical element, a longer optical path length can be obtained. Therefore, when realizing an optical device such as a laser light oscillation device or a laser light amplification device, the optical device can be reduced in size as compared with a case where the laser light propagates the same distance in the air. Can do.
  • the above-described chromatic dispersion compensation unit may be formed directly on a part of the medium or may be attached to a part of the medium.
  • the positional accuracy and the spacing accuracy of the chromatic dispersion compensation unit depend on the formation accuracy of the medium constituting the optical element. Since the medium constituting the optical element can be formed with extremely high accuracy, the positional accuracy and spacing accuracy of the chromatic dispersion compensator can be easily increased. Therefore, it becomes possible to compensate the wavelength dispersion of the laser beam more easily than in the past.
  • the above-described chromatic dispersion compensator is located on at least one of the entrance window and the exit window, and may be a transmissive chromatic dispersion compensator, located on a wall surface other than the entrance window and the exit window.
  • a reflection type chromatic dispersion compensation unit may be used.
  • the chromatic dispersion compensation unit described above may be located inside the medium.
  • the optical path length between the chromatic dispersion compensators and the propagation optical path length in the medium are adjusted according to the position of the chromatic dispersion compensator. Can do. Since the chromatic dispersion compensation amount of the chromatic dispersion compensator depends on the optical path length between the chromatic dispersion compensators, according to this, the chromatic dispersion can be arbitrarily controlled depending on the position of the chromatic dispersion compensator.
  • the mode of the ultrashort pulse laser beam is changed depending on the position of the chromatic dispersion compensator. Synchronization can be easily performed, and chromatic dispersion can be arbitrarily controlled in an arbitrary optical path length.
  • the chromatic dispersion compensation unit described above may be a diffraction grating or a prism.
  • the entrance window and the exit window described above may be located at the same site on the wall surface. According to this, even when a medium having the same area and volume is used as the optical element, the optical path length can be doubled, so that an optical device such as a laser light oscillation device or a laser light amplification device is realized. In addition, further downsizing of the optical device can be realized.
  • the laser light oscillation device of the present invention includes an energy supply unit that supplies excitation light, an optical amplification medium that receives the excitation light and generates laser light, and an optical element that propagates the inside while reflecting the laser light multiple times on the wall surface And an optical element as described above.
  • this laser beam oscillation device since the optical element having the chromatic dispersion compensation unit is provided, it is easy to adjust the position required to compensate for the chromatic dispersion of the laser beam. Therefore, according to this laser beam oscillation device, it becomes possible to compensate for wavelength dispersion of the laser beam more easily than in the past.
  • the laser light oscillation device since the optical element capable of extending the optical path length is provided, the laser light propagates the same distance in the air. Compared to, it is possible to achieve downsizing.
  • the laser light amplifying device of the present invention includes an energy supply unit that supplies excitation light, an optical amplification medium that receives seed light and amplifies the seed light using the excitation light, and a laser light.
  • this laser beam amplifying apparatus since the optical element having the chromatic dispersion compensation unit is provided, it is easy to adjust the position required to compensate for the chromatic dispersion of the laser beam. Therefore, according to this laser beam amplifying apparatus, it becomes possible to compensate the wavelength dispersion of the laser beam more easily than in the past.
  • the laser light amplifying apparatus since the optical element capable of increasing the optical path length is provided, the laser light propagates the same distance in the air. Compared to, it is possible to achieve downsizing.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a laser beam amplification apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram of the optical element which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a block diagram of the optical element which concerns on 2nd Embodiment of this invention. It is a block diagram of the optical element which concerns on 3rd Embodiment of this invention. It is a block diagram of the optical element which concerns on 4th Embodiment of this invention. It is a block diagram of the optical element which concerns on 5th Embodiment of this invention. It is a block diagram of the optical element which concerns on 6th Embodiment of this invention. It is a block diagram of the optical element which concerns on 7th Embodiment of this invention. It is a block diagram of the optical element which concerns on 8th Embodiment of this invention.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Laser beam oscillation apparatus, 100A ... Laser beam amplification apparatus, 200 ... Seed light generation apparatus, 110 ... Energy supply part, 120 ... Light amplification part, 10 ... Light amplification medium, 20, 20A-20H ... Optical element, 20a ... Wall surface, 21 ... entrance window, 22 ... exit window, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 ... diffraction grating (wavelength dispersion compensator), 38 ... total reflection plate, 39, 40 ... prism.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a laser light oscillation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • a laser light oscillation device 100 shown in FIG. 1 includes an energy supply unit 110 and an optical amplification unit 120.
  • the energy supply unit 110 supplies excitation energy (for example, excitation light) to the optical amplification unit 120.
  • the optical amplification unit 120 includes the optical amplification medium 10 and the optical element 20.
  • the optical amplifying medium 10 receives the excitation energy from the energy supply unit 110 and outputs laser light by optical amplification by stimulated emission.
  • the optical element 20 is made of a light-transmitting medium (for example, a transparent medium), and allows the laser light from the optical amplification medium 10 to pass through the optical element 20.
  • the optical element 20 propagates the inside while reflecting the laser beam on the wall surface a plurality of times.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the laser beam amplifying apparatus 100A according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a seed light generation device 200 together with the laser light amplification device 100A of the present embodiment.
  • a laser light amplifying device 100A shown in FIG. 2 includes an energy supply unit 110 and an optical amplifying unit 120, similarly to the laser light oscillation device 100.
  • the energy supply unit 110 supplies excitation energy (for example, excitation light) to the optical amplification unit 120.
  • the optical amplification unit 120 includes the optical amplification medium 10 and the optical element 20.
  • the optical amplifying medium 10 amplifies the seed light from the external seed light generation device 200 using the excitation energy from the energy supply unit 110 and outputs laser light.
  • the optical element 20 is made of a light-transmitting medium (for example, a transparent medium), and allows the laser light from the optical amplification medium 10 to pass through the optical element 20.
  • the optical element 20 propagates the inside while reflecting the laser beam on the wall surface a plurality of times.
  • the laser light oscillation device 100 and the laser light amplification device 100A have an optical resonator (for example, a Fabry-Perot optical resonator), and a multipath in which the laser light passes through the optical amplification medium 10 and the optical element 20 a plurality of times. It may be a structure.
  • an optical resonator for example, a Fabry-Perot optical resonator
  • a semiconductor laser light source can be used as the energy supply unit 110. If a semiconductor laser light source having an oscillation wavelength that matches the absorption spectrum of the optical amplifying medium 10 is used as the energy supply unit 110, the pumping efficiency of the optical amplifying medium 10 can be improved.
  • a solid laser medium can be used as the optical amplifying medium 10.
  • titanium sapphire, Nd: YAG, Yb: KGW, Yb: KYW, Yb: YAG, etc. are used.
  • the optical amplification medium 10 is a solid-state laser medium, for example, the absorption wavelength of a Yb-based laser medium has good consistency with the oscillation wavelength of a commercially available semiconductor laser light source.
  • optical element 20 As an embodiment of the optical element 20, the optical elements 20A to 20H of the first to eighth embodiments will be exemplified.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the optical element 20A according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical element 20A shown in FIG. 3 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and an entrance window 21 and an exit window 22 are formed in a part of the wall surface 20a.
  • a certain corner portion of the optical element 20A is chamfered to form the incident window 21, and another certain corner portion is chamfered to form the emission window 22.
  • the entrance window 21 and the exit window 22 are respectively formed with transmissive diffraction gratings 31 and 32 by direct processing.
  • the diffraction grating 31 is integrally formed on the entrance window 21 and the diffraction grating 32 is integrally formed on the exit window 22.
  • a solid medium such as synthetic quartz can be used as the optical element 20A.
  • Synthetic quartz is highly transparent in a wide wavelength range from the ultraviolet region to the infrared region, and further has a low thermal expansion coefficient, so that it has excellent thermal stability.
  • the optical element 20A may be another glass material such as borosilicate glass or soda lime glass, a plastic material such as acrylic or polypropylene, or a single crystal material such as sapphire or diamond.
  • the diffraction gratings 31 and 32 may be formed on a plate made of the same medium as that of the optical element 20A, and the diffraction grating plates may be integrally attached to the entrance window 21 and the exit window 22, respectively.
  • the laser light enters from the incident window 21, propagates while being totally reflected by the wall surface 20a a plurality of times, and exits from the exit window 22.
  • the incident angle on the wall surface 20a becomes greater than the critical angle.
  • the refractive index is about 1.453, so the critical angle with respect to air is about 43.6 degrees. Therefore, if light propagating through the optical element 20A made of synthetic quartz travels at an angle of 45 degrees with respect to the wall surface 20a, the light is totally reflected at the wall surface (interface between synthetic quartz and air) 20a. Therefore, in this case, it is not necessary to apply a highly reflective coating to the reflective portion.
  • the laser light passes once through the diffraction gratings 31 and 32 formed on the entrance window 21 and the exit window 22 respectively, and passes through the diffraction grating twice in total.
  • the laser light when the laser light propagates inside the optical element 20A, it receives positive wavelength dispersion depending on, for example, the refractive index dispersion of the medium.
  • the wavelength dispersion ⁇ + by the medium of the optical element 20A is expressed by the following expression (1).
  • ⁇ wavelength of laser light
  • c speed of laser light
  • d 2 n / d ⁇ 2 medium specific secondary refractive index dispersion
  • l m propagation distance inside optical element 20A
  • the wavelength dispersion ⁇ + extends the pulse width of the ultrashort pulse light.
  • d g Marking interval between diffraction gratings 31 and 32
  • n Refractive index inherent to medium of optical element 20
  • a lg Distance between diffraction gratings 31, 32
  • the wavelength dispersion ⁇ ⁇ similarly extends the pulse width of the ultrashort pulse light.
  • the diffraction angle of the diffraction grating 31 and the incident angle to the diffraction grating 32 are equal and must be ⁇ . Further, in the present embodiment, the distance l g between the diffraction gratings 31 and 32 is equal to the propagation distance l m inside the optical element 20A.
  • the wavelength dispersion ⁇ + caused by the medium of the optical element 20A and the wavelength dispersion ⁇ ⁇ caused by the diffraction gratings 31 and 32 have different polarities, the wavelength dispersion ⁇ + caused by the medium of the optical element 20A is diffracted. It can be compensated by the chromatic dispersion ⁇ ⁇ caused by the gratings 31 and 32.
  • the chromatic dispersion ⁇ + due to the medium of the optical element 20A may be completely canceled by the chromatic dispersion ⁇ ⁇ due to the diffraction gratings 31 and 32, and ⁇ + + ⁇ ⁇ As ⁇ 0, in addition to the chromatic dispersion ⁇ + caused by the medium of the optical element 20A, it is caused by the optical element such as the optical amplifying medium 10 or the condensing lens in the laser light oscillation device 100 (or the laser light amplifying device 100A).
  • the chromatic dispersion of the entire laser light oscillation device 100 (or the laser light amplifying device 100A) including the chromatic dispersion may be canceled by the chromatic dispersion ⁇ ⁇ caused by the diffraction gratings 31 and 32.
  • the engraving lines of the diffraction gratings 31 and 32 are obtained from the above expressions (1) and (2).
  • the number may be 165.5 grooves / mm.
  • the diffraction gratings (wavelength dispersion compensating units) 31 and 32 for compensating the wavelength dispersion of the laser light are respectively provided with the incident window 21 and the medium in the medium constituting the optical element 20A. Since it is formed integrally with the exit window 22, the position adjustment of the diffraction gratings 31 and 32 is easy. Further, the positional deviation of the diffraction gratings 31 and 32 due to external stress such as vibration can be reduced. Therefore, according to the optical element 20A of the first embodiment, the wavelength dispersion of the laser light can be compensated more easily than in the past.
  • the positional accuracy and spacing accuracy of the diffraction gratings 31 and 32 depend on the formation accuracy of the medium constituting the optical element 20A. Since the medium constituting the optical element 20A can be formed with extremely high accuracy, the positional accuracy and spacing accuracy of the diffraction gratings 31 and 32 can be easily increased.
  • the distance that the laser light propagates inside the optical element 20A can be increased.
  • the optical path length can be increased (lengthening of the optical path length).
  • the laser beam is propagated while being reflected by the wall surface 20a a plurality of times inside the optical element 20A, a longer optical path length can be obtained. Therefore, when realizing an optical device such as the laser light oscillation device 100 or the laser light amplification device 100A, the optical device can be downsized as compared with the case where the laser light propagates the same distance in the air. can do.
  • chromatic dispersion compensation can be performed at an arbitrary optical path length. Therefore, mode synchronization in an ultrashort pulse laser beam can be easily performed while realizing downsizing of the optical device. Can be performed.
  • mode synchronization car lens mode synchronization or passive mode synchronization using a semiconductor saturable absorber can be used.
  • the semiconductor saturable absorber since it is necessary to collect light on the semiconductor saturable body, it is necessary to insert a concave mirror in the middle of the optical path to the semiconductor saturable body.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of an optical element 20B according to the second embodiment of the present invention.
  • the optical element 20B shown in FIG. 4 has a configuration in which, in the optical element 20A, the diffraction grating is formed on the entrance window 21 and a part 23 of the wall surface 20a other than the exit window 22 instead of the exit window 22. It is different from the embodiment.
  • Other configurations of the optical element 20B are the same as those of the optical element 20A.
  • a diffraction grating plate in which a reflection type diffraction grating 33 is formed by direct processing is integrally attached to a part 23 of the wall surface 20a.
  • the diffraction grating plate is preferably made of the same material as the medium of the optical element 20A described above.
  • the reflection type diffraction grating 33 it is preferable to increase the reflectance by evaporating a metal film or the like. At this time, it is desirable that the diffracted light is designed to be incident on the wall surface 20a at an angle satisfying the total reflection condition, but a coating approaching the reflective film may be applied.
  • the diffraction grating 33 may be integrally formed on the part 23 of the wall surface 20a by direct processing.
  • optical element 20A of the first embodiment can be obtained with the optical element 20B of the second embodiment.
  • the optical element 20B of the second embodiment unlike the optical element 20A of the first embodiment, (1) In the formula and (2), between the propagation distance l m and the diffraction grating 31, 33 inside the optical element 20B The distance l g is unequal.
  • the distance between the diffraction gratings 31 and 33 that is, the optical path length between the diffraction gratings 31 and 33 can be changed depending on the formation position of the diffraction grating 33. For example, according to FIG. 4, the laser light diffracted by the diffraction grating 31 is totally reflected by the wall surface 20a and then enters the diffraction grating 33.
  • the number of total reflections on the wall surface 20a between the diffraction gratings 31 and 33 is expressed as follows. Herase if it is possible to shorten the spacing lg between the diffraction gratings 31 and 33, it is made longer distance l g between the diffraction gratings 31 and 33 by increasing the number of times of total reflection in the wall surface 20a between the diffraction grating 31, 33 it can.
  • the optical element 20B of the second embodiment which the formation position of the diffraction grating 33, to adjust the distance l g between the diffraction grating 31 and 33.
  • the wavelength dispersion ⁇ by the diffraction grating 31, 33 - because the amount of which depends on the distance l g between the diffraction gratings 31 and 33, according to the optical element 20B of the second embodiment, Depending on the position where the diffraction grating 33 is formed, it becomes possible to arbitrarily control the wavelength dispersion.
  • the formation position of the diffraction grating 33 can also be adjusted propagation distance l m inside the optical element 20B.
  • the ultrashort pulse laser light is ultrashort depending on the formation position of the diffraction grating 33. It is possible to perform mode synchronization in pulsed laser light and arbitrarily perform chromatic dispersion compensation in an arbitrary optical path length.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of an optical element 20C according to the third embodiment of the present invention.
  • the diffraction grating is replaced by the incident window 21, the other part 24 of the wall surface 20a other than the incident window 21, the exit window 22, and the part 23 of the wall surface 20a.
  • the configuration is different from that of the second embodiment.
  • Other configurations of the optical element 20C are the same as those of the optical element 20B.
  • a diffraction grating plate in which a reflection type diffraction grating 34 is formed by direct processing is integrally attached to the other part 24 of the wall surface 20a.
  • the diffraction grating plate is preferably made of the same material as the medium of the optical element 20A described above.
  • the diffraction grating 34 may be integrally formed on the other part 24 of the wall surface 20a by direct processing.
  • optical element 20B of the second embodiment can be obtained with the optical element 20C of the third embodiment.
  • the distance l g between the diffraction gratings 33 and 34 that is, the optical path between the diffraction gratings 33 and 34, depending on the formation position of the diffraction grating 34 in addition to the formation position of the diffraction grating 33. Since the length can be adjusted, the chromatic dispersion can be controlled more arbitrarily.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of an optical element 20D according to the fourth embodiment of the present invention.
  • An optical element 20D shown in FIG. 6 is different from the first embodiment in that a diffraction grating is formed in a part 25, 26 of the internal optical path instead of the entrance window 21 in the optical element 20A. .
  • Other configurations of the optical element 20D are the same as those of the optical element 20A.
  • the transmission type diffraction gratings 35 and 36 are integrally formed in the optical path portions 25 and 26 in the optical element 20D by direct processing, respectively.
  • a technique for processing inside a light-transmitting medium using a laser beam or the like has been studied. For example, if this technique is used, it is possible to form a diffraction grating at an arbitrary location inside the optical element 20D.
  • the optical element 20D of the fourth embodiment can obtain the same advantages as the optical element 20A of the first embodiment.
  • the distance l g between the diffraction gratings 35 and 36 that is, the diffraction depends on the formation positions of the diffraction gratings 35 and 36. Since the optical path length between the gratings 35 and 36 can be adjusted, the chromatic dispersion can be controlled more arbitrarily.
  • the formation position of the diffraction grating 35 and 36, but also to adjust the propagation distance l m inside the optical element 20D Therefore, mode synchronization in the ultrashort pulse laser beam can be performed more arbitrarily, and chromatic dispersion compensation can be performed more arbitrarily in any optical path length.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of an optical element 20E according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the diffraction grating is a part 27 of the wall surface 20a other than the entrance window 21 and the exit window 22 instead of the entrance window 21 and the exit window 22, and the light is transmitted. Only one is formed on a portion 27 of the wall surface 20a that passes twice, which is different from the first embodiment.
  • a diffraction grating plate in which a reflective diffraction grating 37 is formed by direct processing is integrally attached to a part 27 of the wall surface 20a.
  • the diffraction grating plate is preferably made of the same material as the medium of the optical element 20A described above.
  • the diffraction grating 37 may be formed integrally with the part 27 of the wall surface 20a by direct processing.
  • the optical element 20E according to the fifth embodiment can obtain the same advantages as those of the optical element 20A according to the first embodiment.
  • the optical element 20E of the fifth embodiment similarly to the optical elements 20B to 20D of the second to fourth embodiments, depending on the formation position of the diffraction grating 37, the distance l g between the diffraction gratings 37, that is, Since the optical path length between the diffraction gratings 37 can be adjusted, the chromatic dispersion can be controlled more arbitrarily.
  • the formation position of the diffraction grating 37, also the propagation distance l m inside the optical element 20E adjustment Therefore, mode locking in ultrashort pulse laser light can be performed more arbitrarily, and chromatic dispersion compensation can be performed more arbitrarily in an arbitrary optical path length.
  • optical element 20E of the fifth embodiment since the number of diffraction gratings can be reduced, manufacturing is facilitated and cost reduction can be realized.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of an optical element 20F according to the sixth embodiment of the present invention.
  • An optical element 20F shown in FIG. 8 is different from the first embodiment in that the optical element 20A is configured such that a total reflection plate 38 is provided in the exit window 22 instead of the diffraction grating 32.
  • Other configurations of the optical element 20F are the same as those of the optical element 20A.
  • the diffraction grating plate in which the total reflection plate 38 is formed by direct processing is integrally attached to the window 22.
  • the window 22 corresponds to the turning point of the laser beam
  • the window 21 corresponds to the entrance / exit window.
  • optical element 20A of the first embodiment can be obtained with the optical element 20F of the sixth embodiment.
  • the optical path length can be doubled even when a medium having the same area and volume is used as the optical element 20F.
  • the optical device can be further reduced in size.
  • the manufacturing becomes easy and the price can be reduced.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of an optical element 20G according to the seventh embodiment of the present invention.
  • An optical element 20G shown in FIG. 9 is configured such that the optical element 20A further includes reflective diffraction gratings 33 and 34 on the portions 23 and 24 of the wall surface 20a, similarly to the optical element 20C of the third embodiment. This is different from the first embodiment.
  • Other configurations of the optical element 20G are the same as those of the optical element 20A.
  • optical element 20G according to the seventh embodiment the same advantages as those of the optical element 20A of the first embodiment and the optical element 20C of the third embodiment can be obtained.
  • the laser beam is diffracted four times, so that the spatial spectral state of the laser beam can also be removed.
  • the laser light is diffracted by the diffraction grating 31, and the spatially spread laser light is converted into parallel light by the diffraction grating 33, converged to one point by the diffraction grating 34, and returned to the original beam size by the diffraction grating 32.
  • the parallel light after the diffraction grating 33 is spatially dispersed, but when this configuration is adopted, an optical element is installed in the optical resonator. That is, when it is assumed that light travels back and forth through the optical element, or when the spatial spectral state of light does not matter, the optical element 20G can be inserted in any case.
  • the optical element 20G is preferably arranged so that incident light and outgoing light are collinear.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an optical element 20H according to the eighth embodiment of the present invention.
  • An optical element 20H shown in FIG. 10 is different from the first embodiment in that the optical element 20A includes prisms 39 and 40 instead of the diffraction gratings 31 and 32 in the entrance window 21 and the exit window 22, respectively.
  • Other configurations of the optical element 20H are the same as those of the optical element 20A.
  • the entrance window 21 forms a non-perpendicular surface with respect to the incident light and has a prism function
  • the exit window 22 forms a non-perpendicular surface with respect to the exit light. It is formed to have the function of In this manner, in the optical element 20H, the prism is integrally formed in the entrance window 21 and the exit window 22.
  • the entrance window 21 and the exit window 22 are preferably formed so that laser light enters and exits at a Brewster angle. With these configurations, the loss at the prism interface can be greatly reduced.
  • the optical element 20H according to the eighth embodiment can provide the same advantages as the optical element 20A according to the first embodiment.
  • optical element 20H of the eighth embodiment it is only necessary to polish the entrance window 21 and the exit window 22 after the chamfering process, so that the manufacture becomes easy and the cost can be reduced.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
  • the shape of the medium of the optical elements 20A to 20H is a substantially rectangular parallelepiped, but the shape of the medium of the optical elements 20A to 20H is not limited to a substantially rectangular parallelepiped.
  • examples of the formation position of the diffraction grating are shown as the entrance window, the exit window, a part of the wall surface, a part of the inside of the medium, and the like. Various combinations are applicable.
  • the fourth embodiment an example in which two diffraction gratings are provided inside the medium of the optical element 20D is illustrated.
  • one diffraction grating is provided in a portion where light passes twice. Form may be sufficient.
  • the present invention can be used as an optical element capable of compensating for wavelength dispersion of laser light, a laser light oscillation device, and a laser light amplification device.

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Abstract

　光学素子２０Ａは、光透過性を有する媒質からなり、空気の屈折率より大きい屈折率を有し、入射するレーザ光を壁面２０ａで複数回反射させながら内部を伝搬させる光学素子において、壁面２０ａの一部に位置し、レーザ光を入射させるための入射窓２１と、壁面２０ａの一部に位置し、内部を伝搬したレーザ光を出射させるための出射窓２２と、媒質の一部に一体的に位置し、レーザ光を少なくとも２回透過又は反射させることによって波長分散を補償する波長分散補償部３１，３２とを備える。

Description

光学素子、レーザ光発振装置及びレーザ光増幅装置
　本発明は、レーザ光の波長分散を補償することが可能な光学素子と、この光学素子を用いたレーザ光発振装置及びレーザ光増幅装置とに関するものである。
　レーザ光発振装置やレーザ光増幅装置では、集光レンズやレーザ光を増幅するためのレーザ光増幅媒質などの光透過性を有する様々な光学素子が用いられ、これらの光学素子に起因するレーザ光の波長分散が問題となる。この問題点に関し、下記特許文献１及び２には、レーザ光の波長分散を補償するための発明が開示されている。
　特許文献１に記載の分散補正装置は、光路上に配置される一対のプリズムを備え、これらのプリズムによってレーザ光の波長分散を補償する。また、特許文献２に記載のレーザ光発振装置は、光路上に配置される一対の回折格子素子を備え、これらの回折格子素子によってレーザ光の群速度分散（ＧＶＤ）、すなわち波長分散を補償する。
特開平８－２６４８６９号公報 特開２０００－２１６４６３号公報
　しかしながら、特許文献１及び２に記載の発明のように一対のプリズムや一対の回折格子素子を備える場合、これらのプリズムや回折格子素子に入射する光の入射角や、プリズム対や回折格子素子対の間隔が重要なパラメータとなるため、光学系形成時におけるアライメントが非常に煩雑であるという問題があった。
　そこで、本発明は、従来に比してより簡易に、レーザ光の波長分散を補償することが可能な光学素子、レーザ光発振装置及びレーザ光増幅装置を提供することを目的としている。
　本発明の光学素子は、光透過性を有する媒質からなり、空気の屈折率より大きい屈折率を有し、入射するレーザ光を壁面で複数回反射させながら内部を伝搬させる光学素子において、壁面の一部に位置し、レーザ光を入射させるための入射窓と、壁面の一部に位置し、内部を伝搬したレーザ光を出射させるための出射窓と、媒質の一部に一体的に位置し、レーザ光を少なくとも２回透過又は反射させることによって波長分散を補償する波長分散補償部と、を備える。
　この光学素子によれば、レーザ光の波長分散を補償するための波長分散補償部が、光学素子を構成する媒質の一部に一体的に位置するので、波長分散補償部の位置調整が容易である。したがって、この光学素子によれば、従来に比してより簡易に、レーザ光の波長分散を補償することが可能となる。
　また、この光学素子によれば、光学素子を構成する媒質の屈折率が空気の屈折率より大きいので、光学素子内部においてレーザ光が伝播する距離を長くすることができ、光路長を長くすることができる（光路長の長尺化）。また、光学素子内部においてレーザ光を壁面で複数回反射させながら伝搬させるので、より長い光路長を得ることができる。したがって、レーザ光発振装置やレーザ光増幅装置などの光学装置を実現する場合に、空気中で同様の距離をレーザ光が伝播する構成をとる場合と比べて、光学装置の小型化を実現することができる。
　上記した波長分散補償部は、媒質の一部に直接加工によって形成されていてもよく、媒質の一部に貼り付けられていてもよい。
　これによれば、波長分散補償部の位置精度や間隔精度は、光学素子を構成する媒質の形成精度に依存することとなる。光学素子を構成する媒質は極めて精度よく形成することができるので、波長分散補償部の位置精度や間隔精度を容易に高めることができる。したがって、従来に比してより簡易に、レーザ光の波長分散を補償することが可能となる。
　また、上記した波長分散補償部は、入射窓及び出射窓のうちの少なくとも何れか一方に位置し、透過型の波長分散補償部であってもよく、入射窓及び出射窓以外の壁面に位置し、反射型の波長分散補償部であってもよい。また、上記した波長分散補償部は、媒質の内部に位置してもよい。
　入射窓及び出射窓以外の壁面や媒質の内部に波長分散補償部を設ける場合、波長分散補償部の位置によって、波長分散補償部間の光路長、及び、媒質内の伝搬光路長を調整することができる。波長分散補償部の波長分散補償量は波長分散補償部間の光路長に依存するので、これによれば、波長分散補償部の位置によって、波長分散の制御を任意に行うことが可能となる。
　また、超短パルスレーザ光のモード同期を行うためには光共振器間の光路長を調整する必要があるが、これによれば、波長分散補償部の位置によって、超短パルスレーザ光のモード同期を容易に行うことができると共に、任意の光路長において波長分散の制御を任意に行うことが可能となる。
　また、上記した波長分散補償部は、回折格子であってもよいし、プリズムであってもよい。
　また、上記した入射窓及び出射窓は、壁面における同一部位に位置してもよい。これによれば、光学素子として同一の面積及び体積を有する媒質を用いても、光路長を２倍にすることができるので、レーザ光発振装置やレーザ光増幅装置などの光学装置を実現する場合に、光学装置の更なる小型化を実現することができる。
　本発明のレーザ光発振装置は、励起光を供給するエネルギ供給部と、励起光を受けてレーザ光を生成する光増幅媒質と、レーザ光を壁面で複数回反射させながら内部を伝搬させる光学素子であって、上記した光学素子と、を備える。
　このレーザ光発振装置によれば、上記したように、波長分散補償部を一体的に有する光学素子を備えているので、レーザ光の波長分散を補償するために要する位置調整が容易である。したがって、このレーザ光発振装置によれば、従来に比してより簡易に、レーザ光の波長分散を補償することが可能となる。
　また、このレーザ光発振装置によれば、上記したように、光路長の長尺化を可能とする光学素子を備えているので、空気中で同様の距離をレーザ光が伝播する構成をとる場合と比べて、小型化を実現することができる。
　本発明のレーザ光増幅装置は、励起光を供給するエネルギ供給部と、種光を受け、励起光を用いて当該種光を増幅することによってレーザ光を生成する光増幅媒質と、レーザ光を壁面で複数回反射させながら内部を伝搬させる光学素子であって、上記した光学素子と、を備える。
　このレーザ光増幅装置によれば、上記したように、波長分散補償部を一体的に有する光学素子を備えているので、レーザ光の波長分散を補償するために要する位置調整が容易である。したがって、このレーザ光増幅装置によれば、従来に比してより簡易に、レーザ光の波長分散を補償することが可能となる。
　また、このレーザ光増幅装置によれば、上記したように、光路長の長尺化を可能とする光学素子を備えているので、空気中で同様の距離をレーザ光が伝播する構成をとる場合と比べて、小型化を実現することができる。
　本発明によれば、従来に比してより簡易に、レーザ光の波長分散を補償することができる。
本発明の一実施形態に係るレーザ光発振装置の構成図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光増幅装置の構成図である。 本発明の第１実施形態に係る光学素子の構成図である。 本発明の第２実施形態に係る光学素子の構成図である。 本発明の第３実施形態に係る光学素子の構成図である。 本発明の第４実施形態に係る光学素子の構成図である。 本発明の第５実施形態に係る光学素子の構成図である。 本発明の第６実施形態に係る光学素子の構成図である。 本発明の第７実施形態に係る光学素子の構成図である。 本発明の第８実施形態に係る光学素子の構成図である。
　１００…レーザ光発振装置、１００Ａ…レーザ光増幅装置、２００…種光生成装置、１１０…エネルギ供給部、１２０…光増幅部、１０…光増幅媒質、２０，２０Ａ～２０Ｈ…光学素子、２０ａ…壁面、２１…入射窓、２２…出射窓、３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７…回折格子（波長分散補償部）、３８…全反射板、３９，４０…プリズム。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
　図１は、本発明の実施形態に係るレーザ光発振装置１００の構成図である。図１に示すレーザ光発振装置１００は、エネルギ供給部１１０と光増幅部１２０とを備える。エネルギ供給部１１０は、光増幅部１２０に励起エネルギ（例えば励起光）を供給する。光増幅部１２０は、光増幅媒質１０と光学素子２０を有する。光増幅媒質１０は、エネルギ供給部１１０からの励起エネルギを受けて、誘導放出による光増幅によってレーザ光を出力する。光学素子２０は、光透過性を有する媒質（例えば透明媒質）からなり、その内部に光増幅媒質１０からのレーザ光を通過させるものである。光学素子２０は、レーザ光を壁面で複数回反射させながら内部を伝搬させる。
　図２は、本発明の実施形態に係るレーザ光増幅装置１００Ａの構成図である。図２には、本実施形態のレーザ光増幅装置１００Ａと共に、種光生成装置２００が示されている。図２に示すレーザ光増幅装置１００Ａは、レーザ光発振装置１００と同様に、エネルギ供給部１１０と光増幅部１２０とを備える。エネルギ供給部１１０は、光増幅部１２０に励起エネルギ（例えば励起光）を供給するものである。光増幅部１２０は、光増幅媒質１０と光学素子２０を有する。光増幅媒質１０は、エネルギ供給部１１０からの励起エネルギを用いて、外部の種光生成装置２００からの種光を増幅し、レーザ光を出力する。光学素子２０は、光透過性を有する媒質（例えば透明媒質）からなり、その内部に光増幅媒質１０からのレーザ光を通過させるものである。光学素子２０は、レーザ光を壁面で複数回反射させながら内部を伝搬させる。
　なお、これらのレーザ光発振装置１００及びレーザ光増幅装置１００Ａは、光共振器（例えばファブリペロ型光共振器）を有し、レーザ光が光増幅媒質１０及び光学素子２０を複数回通過するマルチパス構造であってもよい。
　ここで、エネルギ供給部１１０としては、半導体レーザ光源を用いることができる。光増幅媒質１０の吸収スペクトルと一致した発振波長をもつ半導体レーザ光源をエネルギ供給部１１０として用いれば、光増幅媒質１０の励起効率を向上させることができる。
　また、光増幅媒質１０としては、固体レーザ媒質を用いることができる。例えば、チタンサファイア、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ＹＡＧなどが用いられる。光増幅媒質１０が固体レーザ媒質である場合、例えばＹｂ系のレーザ媒質の吸収波長は、市販されている半導体レーザ光源の発振波長との整合性が良い。
　次に、光学素子２０の一実施形態として、第１～第８実施形態の光学素子２０Ａ～２０Ｈを例示する。
　［第１実施形態］
図３は、本発明の第１実施形態に係る光学素子２０Ａの構成図である。図３に示す光学素子２０Ａは、略直方体の形状であり、壁面２０ａの一部に入射窓２１及び出射窓２２が形成されている。本実施形態では、光学素子２０Ａの或るコーナー部が面取りされて入射窓２１が形成され、他の或るコーナー部が面取りされて出射窓２２が形成されている。
　これらの入射窓２１及び出射窓２２には、直接加工によって、それぞれ、透過型の回折格子３１，３２が形成されている。このようにして、入射窓２１には回折格子３１が一体的に形成され、出射窓２２には回折格子３２が一体的に形成されることとなる。
　光学素子２０Ａとして、例えば合成石英などの固体媒質を用いることができる。合成石英は、紫外域から赤外域にかけての広い波長域で透明性が高く、さらに、熱膨張係数が小さいので熱的安定性にも優れている。その他、光学素子２０Ａは、ホウケイ酸ガラスやソーダ石灰ガラスなどの他のガラス材質や、アクリルやポリプロピレンなどのプラスチック材質や、サファイア、ダイヤモンドなどの単結晶材質であってもよい。
　なお、回折格子３１，３２は光学素子２０Ａと同一の媒質からなる板に形成され、この回折格子板が入射窓２１及び出射窓２２各々に一体的に貼り付けられていてもよい。
　この光学素子２０Ａでは、レーザ光が入射窓２１から入射し、その内部を壁面２０ａで複数回全反射しながら伝播し、出射窓２２より出射する。
　レーザ光は、壁面２０ａで反射される際に、その壁面２０ａへの入射角が臨界角以上となる。例えば、光学素子２０Ａが合成石英で構成されている場合、その屈折率は約１．４５３であることから、空気に対する臨界角は約４３.６度である。したがって、合成石英からなる光学素子２０Ａ中を伝播する光が壁面２０ａに対して４５度の角度で進行すれば、その光は壁面（合成石英と空気との界面）２０ａで全反射される。よって、この場合には、反射個所に高反射コーティングを施す必要がない。
　また、レーザ光は、入射窓２１及び出射窓２２各々に形成された回折格子３１，３２を１回ずつ通過し、回折格子を合計２回通過することとなる。
　ここで、レーザ光は、光学素子２０Ａの内部を伝播すると、例えば、媒質が有する屈折率分散に依存して正の波長分散を受ける。この光学素子２０Ａの媒質による波長分散Φ＋は下式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 λ：レーザ光の波長
ｃ：レーザ光の速度
ｄ２ｎ／ｄλ２：光学素子２０Ａの媒質固有の二次屈折率分散
ｌｍ：光学素子２０Ａ内部における伝播距離
　レーザ光が超短パルス光であった場合、この波長分散Φ＋は超短パルス光のパルス幅を伸張させる。
　また、レーザ光は、回折格子３１，３２を通過すると、例えば、負の波長分散を受ける。この回折格子３１，３２による波長分散Φ－は下式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ω：レーザ光の角周波数（ω＝２πｃ／λ）
ｄｇ：回折格子３１，３２各々の刻線間隔
θ：回折格子３１，３２における光の回折角
ｎ：光学素子２０Ａの媒質固有の屈折率
ｌｇ：回折格子３１，３２間の距離
　レーザ光が超短パルス光であった場合、この波長分散Φ－は、同様に、超短パルス光のパルス幅を伸張させる。
　本実施形態では、回折格子３１の回折角と回折格子３２への入射角とは等しく、θでなければならない。また、本実施形態では、回折格子３１，３２間の距離ｌｇは、光学素子２０Ａ内部における伝播距離ｌｍに等しい。
　このように、光学素子２０Ａの媒質に起因する波長分散Φ＋と回折格子３１，３２に起因する波長分散Φ－とは極性が異なるので、光学素子２０Ａの媒質に起因する波長分散Φ＋を回折格子３１，３２に起因する波長分散Φ－によって補償することができる。
　補償方法としては、Φ＋＋Φ－＝０として、光学素子２０Ａの媒質に起因する波長分散Φ＋を回折格子３１，３２に起因する波長分散Φ－によって完全に打ち消してもよく、Φ＋＋Φ－≠０として、光学素子２０Ａの媒質に起因する波長分散Φ＋に加えて、レーザ光発振装置１００（又はレーザ光増幅装置１００Ａ）内の光増幅媒質１０や集光レンズ等の光学素子に起因する波長分散をも含めたレーザ光発振装置１００（又はレーザ光増幅装置１００Ａ）全体の波長分散を、回折格子３１，３２に起因する波長分散Φ－によって打ち消してもよい。
　例えば、超短パルス光であるレーザ光を超短パルス光のまま出射したい場合には、Φ＋＋Φ－＝０とすればよい。レーザ光の波長がλ＝０．８μｍであり、光学素子２０Ａの材料が合成石英であるとすると、合成石英の屈折率はｎ＝１．４５３であり、二次屈折率分散は３．９８８×１０－２である。レーザ光が回折格子に対してリトロー配置で入射する場合、Φ＋とΦ－の和をゼロにするためには、上記（１）式及び（２）式より、回折格子３１，３２の刻線本数は１６５．５ｇｒｏｏｖｅｓ／ｍｍとすればよい。
　この第１実施形態の光学素子２０Ａによれば、レーザ光の波長分散を補償するための回折格子（波長分散補償部）３１，３２が、それぞれ、光学素子２０Ａを構成する媒質における入射窓２１及び出射窓２２に一体的に形成されているので、回折格子３１，３２の位置調整が容易である。また、振動などの外部応力による回折格子３１，３２の位置ずれを低減することができる。したがって、第１実施形態の光学素子２０Ａによれば、従来に比してより簡易に、レーザ光の波長分散を補償することが可能となる。
　また、回折格子３１，３２の位置精度や間隔精度は、光学素子２０Ａを構成する媒質の形成精度に依存することとなる。光学素子２０Ａを構成する媒質は極めて精度よく形成することができるので、回折格子３１，３２の位置精度や間隔精度を容易に高めることができる。
　また、第１実施形態の光学素子２０Ａによれば、光学素子２０Ａを構成する媒質の屈折率が空気の屈折率より大きいので、光学素子２０Ａ内部においてレーザ光が伝播する距離を長くすることができ、光路長を長くすることができる（光路長の長尺化）。また、光学素子２０Ａ内部においてレーザ光を壁面２０ａで複数回反射させながら伝搬させるので、より長い光路長を得ることができる。したがって、レーザ光発振装置１００やレーザ光増幅装置１００Ａなどの光学装置を実現する場合に、空気中で同様の距離をレーザ光が伝播する構成をとる場合と比べて、光学装置の小型化を実現することができる。
　また、第１実施形態の光学素子２０Ａによれば、上記（１）式及び（２）式においてｌｍ＝ｌｇであるので、任意の伝搬距離において、Φ＋とΦ－との和をゼロとすることが可能である。すなわち、光路長の長尺化と波長分散補償とを同時に実現することができる。
　このように、第１実施形態の光学素子２０Ａによれば、任意の光路長において波長分散補償が可能であるので、光学装置の小型化を実現しつつ、超短パルスレーザ光におけるモード同期を容易に行うことが可能となる。モード同期では、カーレンズモード同期や半導体可飽和吸収体を用いた受動モード同期などが利用できる。半導体可飽和吸収体を用いる場合、半導体可飽和体上で光が集光されている必要があるため、半導体可飽和体に至る光路の途中に凹面鏡を挿入する必要がある。
　［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係る光学素子２０Ｂの構成図である。図４に示す光学素子２０Ｂは、光学素子２０Ａにおいて、回折格子が、出射窓２２に代えて、入射窓２１及び出射窓２２以外の壁面２０ａの一部２３に形成されている構成で、第１実施形態と異なっている。光学素子２０Ｂの他の構成は、光学素子２０Ａと同様である。
　壁面２０ａの一部２３には、反射型の回折格子３３が直接加工によって形成された回折格子板が、一体的に貼り付けられている。回折格子板としては、上記した光学素子２０Ａの媒質と同一の材質であることが好ましい。
　この反射型の回折格子３３では、金属膜を蒸着するなどして反射率を高めることが好ましい。このとき、回折光が壁面２０ａに対して全反射条件を満たす角度で入射するように設計されることが望ましいが、反射膜に寄るコーティングを施してもよい。
　なお、回折格子３３は、直接加工によって、壁面２０ａの一部２３に一体的に形成されてもよい。
　この第２実施形態の光学素子２０Ｂでも、第１実施形態の光学素子２０Ａと同様の利点を得ることができる。
　第２実施形態の光学素子２０Ｂでは、第１実施形態の光学素子２０Ａと異なり、上記（１）式及び（２）式において、光学素子２０Ｂ内部における伝播距離ｌｍと回折格子３１，３３間の距離ｌｇとが不等になる。この回折格子３１，３３間の距離、すなわち、回折格子３１，３３間の光路長は、回折格子３３の形成位置によって変更可能である。例えば、図４によれば、回折格子３１で回折されたレーザ光が壁面２０ａで全反射した後に回折格子３３に入射しているが、回折格子３１，３３間における壁面２０ａでの全反射回数を減らせば回折格子３１，３３間の間隔ｌｇを短くすることができ、回折格子３１，３３間における壁面２０ａでの全反射回数を増やせば回折格子３１，３３間の間隔ｌｇを長くすることができる。
　このように、第２実施形態の光学素子２０Ｂでは、回折格子３３の形成位置によって、回折格子３１，３３間の距離ｌｇを調整することができる。上記（２）式に示すように、回折格子３１，３３による波長分散Φ－の量は回折格子３１，３３間の距離ｌｇに依存するので、第２実施形態の光学素子２０Ｂによれば、回折格子３３の形成位置によって、波長分散の制御を任意に行うことが可能となる。
　また、第２実施形態の光学素子２０Ｂでは、回折格子３３の形成位置によって、光学素子２０Ｂ内部における伝播距離ｌｍも調整することができる。超短パルスレーザ光のモード同期を行うためには光共振器間の光路長を調整する必要があるが、第２実施形態の光学素子２０Ｂによれば、回折格子３３の形成位置によって、超短パルスレーザ光におけるモード同期を行うことができると共に、任意の光路長において波長分散補償を任意に行うことが可能となる。
　［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態に係る光学素子２０Ｃの構成図である。図５に示す光学素子２０Ｃは、光学素子２０Ｂにおいて、回折格子が、入射窓２１に代えて、入射窓２１、出射窓２２及び壁面２０ａの一部２３以外の壁面２０ａの他の一部２４に形成されている構成で、第２実施形態と異なっている。光学素子２０Ｃの他の構成は、光学素子２０Ｂと同様である。
　壁面２０ａの他の一部２４には、同様に、反射型の回折格子３４が直接加工によって形成された回折格子板が、一体的に貼り付けられている。回折格子板としては、上記した光学素子２０Ａの媒質と同一の材質であることが好ましい。
　なお、回折格子３４は、直接加工によって、壁面２０ａの他の一部２４に一体的に形成されてもよい。
　この第３実施形態の光学素子２０Ｃでも、第２実施形態の光学素子２０Ｂと同様の利点を得ることができる。
　更に、第３実施形態の光学素子２０Ｃでは、回折格子３３の形成位置に加えて回折格子３４の形成位置によって、回折格子３３，３４間の距離ｌｇ、すなわち、回折格子３３，３４間の光路長を調整することができるので、波長分散の制御をより任意に行うことが可能となる。
　更に、第３実施形態の光学素子２０Ｃでは、回折格子３３の形成位置に加えて回折格子３４の形成位置によって、光学素子２０Ｃ内部における伝播距離ｌｍも調整することができるので、超短パルスレーザ光におけるモード同期をより任意に行うことができると共に、任意の光路長において波長分散補償をより任意に行うことが可能となる。
　［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態に係る光学素子２０Ｄの構成図である。図６に示す光学素子２０Ｄは、光学素子２０Ａにおいて、回折格子が、入射窓２１に代えて、内部の光路の一部２５，２６に形成されている構成で、第１実施形態と異なっている。光学素子２０Ｄの他の構成は、光学素子２０Ａと同様である。
　光学素子２０Ｄの内部の光路の一部２５，２６には、それぞれ、直接加工によって、一体的に透過型の回折格子３５，３６が形成されている。近年、レーザ光などを用いて、光透過性を有する媒質の内部に加工を施す技術が研究されている。例えば、この技術を用いれば、光学素子２０Ｄの内部の任意の箇所に回折格子を形成することが可能である。
　この第４実施形態の光学素子２０Ｄでも、第１実施形態の光学素子２０Ａと同様の利点を得ることができる。
　更に、第４実施形態の光学素子２０Ｄによれば、第３実施形態の光学素子２０Ｃと同様に、回折格子３５，３６の形成位置によって、回折格子３５，３６間の距離ｌｇ、すなわち、回折格子３５，３６間の光路長を調整することができるので、波長分散の制御をより任意に行うことが可能となる。
　更に、第４実施形態の光学素子２０Ｄによれば、第３実施形態の光学素子２０Ｃと同様に、回折格子３５，３６の形成位置によって、光学素子２０Ｄ内部における伝播距離ｌｍも調整することができるので、超短パルスレーザ光におけるモード同期をより任意に行うことができると共に、任意の光路長において波長分散補償をより任意に行うことが可能となる。
　［第５実施形態］
図７は、本発明の第５実施形態に係る光学素子２０Ｅの構成図である。図７に示す光学素子２０Ｅは、光学素子２０Ａにおいて、回折格子が、入射窓２１及び出射窓２２に代えて、入射窓２１及び出射窓２２以外の壁面２０ａの一部２７であって、光が２回通過する壁面２０ａの一部２７に１つだけ形成されている構成で、第１実施形態と異なっている。
　壁面２０ａの一部２７には、第２及び第３実施形態と同様に、反射型の回折格子３７が直接加工によって形成された回折格子板が、一体的に貼り付けられている。回折格子板としては、上記した光学素子２０Ａの媒質と同一の材質であることが好ましい。
　なお、回折格子３７は、直接加工によって、壁面２０ａの一部２７に一体的に形成されてもよい。
　この第５実施形態の光学素子２０Ｅでも、第１実施形態の光学素子２０Ａと同様の利点を得ることができる。
　更に、第５実施形態の光学素子２０Ｅによれば、第２～第４実施形態の光学素子２０Ｂ～２０Ｄと同様に、回折格子３７の形成位置によって、回折格子３７間の距離ｌｇ、すなわち、回折格子３７間の光路長を調整することができるので、波長分散の制御をより任意に行うことが可能となる。
　更に、第５実施形態の光学素子２０Ｅによれば、第２～第４実施形態の光学素子２０Ｂ～２０Ｄと同様に、回折格子３７の形成位置によって、光学素子２０Ｅ内部における伝播距離ｌｍも調整することができるので、超短パルスレーザ光におけるモード同期をより任意に行うことができると共に、任意の光路長において波長分散補償をより任意に行うことが可能となる。
　更に、第５実施形態の光学素子２０Ｅによれば、回折格子の数を減らすことができるので、製造が容易となり、低価格化を実現することができる。
　［第６実施形態］
図８は、本発明の第６実施形態に係る光学素子２０Ｆの構成図である。図８に示す光学素子２０Ｆは、光学素子２０Ａにおいて、出射窓２２に、回折格子３２に代えて全反射板３８が設けられている構成で、第１実施形態と異なっている。光学素子２０Ｆの他の構成は、光学素子２０Ａと同様である。
　窓２２には、全反射板３８が直接加工によって形成された回折格子板が、一体的に貼り付けられている。このようにして、本実施形態では、窓２２はレーザ光の折り返し点に相当し、窓２１は入出射窓に相当する。
　この第６実施形態の光学素子２０Ｆでも、第１実施形態の光学素子２０Ａと同様の利点を得ることができる。
　更に、第６実施形態の光学素子２０Ｆによれば、光学素子２０Ｆとして同一の面積及び体積を有する媒質を用いても、光路長を２倍にすることができるので、レーザ光発振装置１００やレーザ光増幅装置１００Ａなどの光学装置を実現する場合に、光学装置の更なる小型化を実現することができる。
　更に、第６実施形態の光学素子２０Ｆによれば、回折格子の数を減らすことができるので、製造が容易となり、低価格化を実現することができる。
　［第７実施形態］
図９は、本発明の第７実施形態に係る光学素子２０Ｇの構成図である。図９に示す光学素子２０Ｇは、光学素子２０Ａにおいて、更に、第３実施形態の光学素子２０Ｃと同様に壁面２０ａの一部２３，２４に反射型の回折格子３３，３４を備えている構成で、第１実施形態と異なっている。光学素子２０Ｇの他の構成は、光学素子２０Ａと同様である。
　この第７実施形態に係る光学素子２０Ｇでも、第１実施形態の光学素子２０Ａ及び第３実施形態の光学素子２０Ｃと同様の利点を得ることができる。
　更に、第７実施形態の光学素子２０Ｇでは、レーザ光が４回回折されることで、レーザ光の空間的な分光状態も取り去ることができる。レーザ光は回折格子３１により回折され、空間的に広がったレーザ光が回折格子３３によって平行光とされた後に、回折格子３４で一点に収束され、回折格子３２で元のビームサイズに戻される。
　回折格子を２枚だけ用いた場合、原理的には回折格子３３の後の平行光は空間的には分光されているが、本構成をとることで光共振器内に光学素子を設置した場合、すなわち光学素子を光が往復する事を前提とした場合、もしくは光の空間的な分光状態が問題にならない場合、いずれでなくとも、光学素子２０Ｇを挿入することができる。光学素子２０Ｇは、入射光及び出射光が同一直線状になるよう配置されることが好ましい。
　［第８実施形態］
図１０は、本発明の第８実施形態に係る光学素子２０Ｈの構成図である。図１０に示す光学素子２０Ｈは、光学素子２０Ａにおいて、入射窓２１及び出射窓２２に、回折格子３１，３２に代えてプリズム３９，４０をそれぞれ備える構成で、第１実施形態と異なっている。光学素子２０Ｈの他の構成は、光学素子２０Ａと同様である。
　光学素子２０Ｈでは、入射窓２１は、入射光に対して非垂直面を形成し、プリズムの機能を持つように形成され、出射窓２２は、出射光に対して非垂直面を形成し、プリズムの機能を持つように形成されている。このようにして、光学素子２０Ｈでは、入射窓２１及び出射窓２２に、プリズムが一体的に形成されることとなる。
　更に、これらの入射窓２１及び出射窓２２は、レーザ光がブリュースター角で入出射するように形成されていることが好ましい。これらの構成によって、プリズム界面における損失を極めて低減することができる。
　この第８実施形態の光学素子２０Ｈでも、第１実施形態の光学素子２０Ａと同様の利点を得ることができる。
　更に、第８実施形態の光学素子２０Ｈによれば、面取り加工後、入射窓２１及び出射窓２２を研磨するだけでよいので、製造が容易となり、低価格化を実現することが可能となる。
　なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、光学素子２０Ａ～２０Ｈの媒質の形状が略直方体であったが、光学素子２０Ａ～２０Ｈの媒質の形状としては略直方体に限定されない。
　また、第１～第７実施形態では、回折格子の形成位置として、入射窓、出射窓、壁面の一部、媒質内部の一部などの一例を示したが、これらの形成位置の組合せとしては様々な組合せが適用可能である。
　また、第４実施形態では、光学素子２０Ｄの媒質の内部に回折格子を２つ設ける形態を例示したが、第５実施形態と同様に、光が２回通過する部分に回折格子を１つ設ける形態であってもよい。
　本発明は、レーザ光の波長分散を補償することが可能な光学素子、レーザ光発振装置及びレーザ光増幅装置として利用可能である。

Claims (11)

  1. 　光透過性を有する媒質からなり、空気の屈折率より大きい屈折率を有し、入射するレーザ光を壁面で複数回反射させながら内部を伝搬させる光学素子において、
    　前記壁面の一部に位置し、前記レーザ光を入射させるための入射窓と、
    　前記壁面の一部に位置し、内部を伝搬した前記レーザ光を出射させるための出射窓と、
    　前記媒質の一部に一体的に位置し、前記レーザ光を少なくとも２回透過又は反射させることによって波長分散を補償する波長分散補償部と、
    を備える、光学素子。
  2. 　前記波長分散補償部は、前記媒質の一部に直接加工によって形成されている、
    請求項１に記載の光学素子。
  3. 　前記波長分散補償部は、前記媒質の一部に貼り付けられている、
    請求項１に記載の光学素子。
  4. 　前記波長分散補償部は、前記入射窓及び前記出射窓のうちの少なくとも何れか一方に位置し、透過型の波長分散補償部である、
    請求項１～３の何れか１項に記載の光学素子。
  5. 　前記波長分散補償部は、前記入射窓及び前記出射窓以外の前記壁面に位置し、反射型の波長分散補償部である、
    請求項１～３の何れか１項に記載の光学素子。
  6. 　前記波長分散補償部は、前記媒質の内部に位置する、
    請求項１又は２に記載の光学素子。
  7. 　前記波長分散補償部は回折格子である、
    請求項１～６の何れか１項に記載の光学素子。
  8. 　前記波長分散補償部はプリズムである、
    請求項１～６の何れか１項に記載の光学素子。
  9. 　前記入射窓及び前記出射窓は、前記壁面における同一部位に位置する、
    請求項１～６の何れか１項に記載の光学素子。
  10. 　励起光を供給するエネルギ供給部と、
    　前記励起光を受けてレーザ光を生成する光増幅媒質と、
    　前記レーザ光を壁面で複数回反射させながら内部を伝搬させる光学素子であって、請求項１～９の何れか１項に記載の当該光学素子と、
    を備える、レーザ光発振装置。
  11. 　励起光を供給するエネルギ供給部と、
    　種光を受け、前記励起光を用いて当該種光を増幅することによってレーザ光を生成する光増幅媒質と、
    　前記レーザ光を壁面で複数回反射させながら内部を伝搬させる光学素子であって、請求項１～９の何れか１項に記載の当該光学素子と、
    を備える、レーザ光増幅装置。
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