WO2013128780A1 - レーザ装置 - Google Patents

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WO2013128780A1
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laser
light
nonlinear crystal
phase
continuous laser
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宮永　憲明
隆史 栗田
利幸 川嶋
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国立大学法人大阪大学
浜松ホトニクス株式会社
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    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1307—Stabilisation of the phase
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    • H01S3/0092—Nonlinear frequency conversion, e.g. second harmonic generation [SHG] or sum- or difference-frequency generation outside the laser cavity

Definitions

  • the present invention relates to a laser device that generates pulsed laser light.
  • a mode-locked laser device described in Patent Document 1 includes a plurality of amplifiers having gains in spectral regions having different center wavelengths of laser light modulated at a frequency that is an integral multiple of the frequency interval of a longitudinal mode generated by a laser resonator.
  • amplifying with for example, an optical fiber amplifier or the like
  • pulse laser beams in a plurality of wavelength regions are generated at a time.
  • pulsed laser light has a higher peak light intensity than continuous light having the same energy per unit time, that is, average power. For this reason, when amplifying pulsed laser light, it is necessary to limit the amplification factor in order to prevent damage to the amplifier. For this reason, in a laser device that amplifies pulse laser light, it is difficult to generate high-power pulse laser light.
  • This invention is made in view of such a situation, and makes it a subject to provide the laser apparatus which can produce
  • This laser device includes an oscillating unit that oscillates a laser pulse train composed of a plurality of continuous laser beams having different frequencies, and a component that divides the laser pulse train oscillated from the oscillating unit into a plurality of continuous laser beams having different frequencies.
  • a multiplexing unit that amplifies each of the continuous laser beams demultiplexed by the demultiplexing unit, and combines the continuous laser beams amplified by the amplifying unit at a predetermined position to generate combined light.
  • phase control means for controlling each phase of the continuous laser light so that the peak of the output of the combined light repeatedly appears at a predetermined time interval at a predetermined position, and the amplification means oscillates the excitation light
  • the amplification means oscillates the excitation light
  • each of the plurality of continuous laser beams is amplified by the amplification means. For this reason, an amplification factor can be set high compared with the case where a pulsed laser beam is amplified. Further, when each of the amplified continuous laser beams is combined at a predetermined position to generate a combined light, the output peak of the combined light repeatedly appears at a predetermined time interval at the predetermined position. In this way, the phase of each continuous laser beam is controlled. As a result, pulse laser light is generated at a predetermined position by the plurality of amplified continuous laser lights. Therefore, according to this laser device, it is possible to generate high-power pulsed laser light.
  • this laser device employs optical parametric amplification using a nonlinear crystal. Therefore, according to this laser apparatus, it is possible to perform amplification over a wide wavelength band by selecting the wavelength of the excitation light, the crossing angle between the excitation light and the continuous laser light, and the like.
  • the amplifying unit can cause the excitation light to enter the nonlinear crystal as convergent light or divergent light.
  • the wavelength satisfying the phase matching condition of phase parametric amplification can be expanded.
  • the amplifying unit can cause a plurality of excitation lights to enter the nonlinear crystal body with respect to one continuous laser beam.
  • one continuous laser beam is amplified using a plurality of excitation lights, it becomes possible to obtain a higher-power pulse laser beam.
  • the nonlinear crystal body includes a plurality of nonlinear crystal parts
  • the amplifying unit makes one continuous laser beam incident on the nonlinear crystal body so as to include the plurality of nonlinear crystal parts.
  • a plurality of excitation lights can be incident on the nonlinear crystal body for each nonlinear crystal part. In this case, even if the intensity of the excitation light incident on each nonlinear crystal part is suppressed so that laser damage in the nonlinear crystal part is prevented, the number of nonlinear crystal parts is increased so that the continuous laser after amplification The output of light can be increased.
  • the oscillating means can oscillate a laser pulse train composed of continuous laser beams having different frequencies with a substantially constant frequency difference. In this case, it becomes easy to control the phase so that the peak of the output of the combined light repeatedly appears at a predetermined time interval. Therefore, high-power pulsed laser light can be easily generated.
  • the laser apparatus may further include a frequency difference adjusting unit that adjusts a frequency difference between continuous laser beams constituting a laser pulse train oscillated from the oscillating unit.
  • a frequency difference adjusting unit that adjusts a frequency difference between continuous laser beams constituting a laser pulse train oscillated from the oscillating unit.
  • the repetition rate of the generated pulse laser beam can be adjusted by adjusting the frequency difference between the continuous laser beams.
  • the oscillation means can be a mode-locked oscillator or a high-speed current modulation semiconductor laser.
  • the size and weight of the laser device can be reduced.
  • the mechanical stability of the laser device can be improved.
  • the manufacturing cost of the laser device can be reduced.
  • the phase control unit may measure the spectral phase of the combined light and control each phase of the continuous laser light based on the measurement result.
  • each phase of the continuous laser light can be easily controlled.
  • the present invention it is possible to provide a laser apparatus capable of generating high-power pulsed laser light.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a first embodiment of a laser apparatus according to an aspect of the present invention. It is the elements on larger scale of the laser apparatus shown by FIG. It is a figure for demonstrating the amplifying device shown by FIG. It is a figure for demonstrating the amplifying device shown by FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the frequency modulator shown in FIG. 2. It is a figure which shows schematic structure of 2nd Embodiment of the laser apparatus which concerns on 1 side of this invention. It is a figure for demonstrating the modification of the laser apparatus shown by FIG.2 and FIG.7. It is a figure for demonstrating the modification of the laser apparatus shown by FIG.2 and FIG.7. It is a figure for demonstrating the modification of the laser apparatus shown by FIG.2 and FIG.7. It is a figure for demonstrating the modification of the laser apparatus shown by FIG.2 and FIG.7. It is a figure for demonstrating the modification of the laser apparatus shown by FIG.2 and FIG.7.
  • the laser apparatus uses a mode-locked laser that realizes an optical frequency comb as a laser light source. Therefore, first, an optical frequency comb and mode-locked oscillation will be described.
  • a Fabry-Perot resonator there are a plurality of longitudinal mode laser beams.
  • L the resonator length.
  • the state in which the frequencies of the laser beams are arranged at equal intervals is called an optical frequency comb.
  • a laser light source including such a resonator if phase modulation is not performed on each laser beam, the phase interval between the laser beams is random, so that the output light of the laser light source that is the combined light is output.
  • the time waveform is also random.
  • Such an oscillating means may be a light source such that a short pulse repeatedly appears at a predetermined time interval, such as a high-frequency current-modulated semiconductor laser.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the first embodiment of the laser apparatus according to one aspect of the present invention.
  • the laser apparatus 1 includes a laser light source (oscillation means) 10 such as a mode-locked laser that realizes the optical frequency comb as described above, or a semiconductor laser with high repetition current modulation. It has.
  • the seed light L 0 that is the output light of the laser light source 10 is pulsed light (laser pulse train), which is derived from a plurality of continuous laser lights (laser light L 1 ) having a constant frequency difference and different frequencies. It is configured.
  • the continuous laser beam here is a laser beam whose output is substantially constant with respect to time, and the pulse laser beam is a laser whose output peak repeatedly appears at a predetermined time interval. Light.
  • the laser device 1 further includes an optical isolator 11 and a diffraction grating (splitting means) 12 arranged in order on the optical path of the seed light L 0 oscillated from the laser light source 10.
  • the optical isolator 11 prevents return light to the laser light source 10.
  • the diffraction grating 12 demultiplexes the seed light L 0 into a plurality of (here, three) laser lights L 1 for each frequency.
  • the diffraction grating 12, the laser pulse train emitted from the laser light source 10 is frequency together a plurality of laser beams L 1 demultiplexes different.
  • the diffraction grating 12 spatially arranges a plurality of laser beams L 1 constituting the seed beam L 0 for each frequency. At this time, each of the laser beams L 1, it is spatially arranged in order of frequency.
  • the laser device 1 further includes a lens 13 disposed on the optical path of the laser beam L 1 demultiplexed by the diffraction grating 12.
  • the lens 13 has a focal length f 1 and is disposed at a position separated from the incident position P 0 of the seed light L 0 in the diffraction grating 12 by a distance f 1 . Therefore, each of the laser beams L 1 demultiplexed by the diffraction grating 12 travels in parallel with each other at a predetermined interval ⁇ x by passing through the lens 13, and is collected at a position at a distance f 1 from the lens 13. Lighted.
  • the angular dispersion d ⁇ / d ⁇ of the diffraction grating 12 is It is expressed.
  • the inverse dispersion d ⁇ / dx is It is expressed.
  • the laser beam L 1 wavelength spacing ⁇ lambda between the adjacent the laser beam L 1 interval ⁇ x between the adjacent, Is required. More specifically, when the focal length f 1 of the lens 13 is 1 m, the number of grooves N is 1200 g / mm, and the incident angle ⁇ of the seed light L 0 with respect to the diffraction grating 12 is 20 deg, the center wavelength of the laser light L 1 is If it is 1060 nm, the diffraction angle ⁇ is 68.43 deg. At this time, ⁇ x when the wavelength interval ⁇ is 0.375 pm, 37.5 pm, and 0.375 nm is 1.22 ⁇ m, 122 ⁇ m, and 1.22 mm, respectively.
  • the laser device 1 further includes an amplifying device (amplifying means) 14 partially disposed on the optical path of the laser light L 1 that has passed through the lens 13.
  • the amplifying device 14 receives each of the laser beams L 1 that have passed through the lens 13, amplifies each of the incident laser beams L 1 , and outputs the amplified laser beam L 2 . That is, the amplifying device 14 amplifies each of the laser beams L 1 that are demultiplexed in the diffraction grating 12. Details of the amplifying device 14 will be described below.
  • Amplifier 14 for amplifying the each of the laser light L 1 by the optical parametric amplification, the excitation light L p and the excitation light source 14a that emits a nonlinear crystal 14b of the laser beam L 1 and the pumping light L p is incident And have.
  • Optical parametric amplification in the amplifier 14 is an amplification method using the second-order nonlinear optical effect in the nonlinear crystal 14b, the energy of the excitation light L p is distributed to the laser beam L 1 and the idler light (not shown) the laser beam L 1 is amplified by that process.
  • the amplifying device 14 causes each of the laser light L 1 and the excitation light L p to enter the nonlinear crystal body 14 b so as to satisfy the phase matching condition of the optical parametric amplification, and thereby each of the laser light L 1 . Amplify.
  • FIG. 4A is a side view of the nonlinear crystal body 14b
  • FIG. 4B is a top view of the nonlinear crystal body 14b.
  • one excitation light L p is made incident on the nonlinear crystal body 14 b with respect to one laser light L 1 .
  • Nonlinear crystal 14b has a respective laser beams L 1 dispersed by the diffraction grating 12 and the pumping light L p is previously cut and polished at an angle that satisfies the phase matching condition (phase matching angle phi).
  • the laser beam L 1 and the excitation light L p is either coaxial or are made incident on the nonlinear crystal 14b with the number degrees crossing angle [psi. Then, the laser beam L 1 is amplified and output while through the nonlinear crystal 14b is pumping light L p propagating.
  • the wavelength of the laser beam L 1 is over the range of about 750 nm ⁇ 1050 nm, substantially equal in the vicinity of an angle 24 °.
  • the nonlinear crystal 14b for example, crystals such as potassium dihydrogen phosphate (KDP) and partially deuterium-substituted KDP (DKDP) can be used in addition to the above-mentioned BBO.
  • KDP potassium dihydrogen phosphate
  • DKDP partially deuterium-substituted KDP
  • the excitation light L p is can be incident on the nonlinear crystal 14b as collimated light may be made incident on the nonlinear crystal 14b as convergent light or divergent light. If the excitation light L p is incident on the nonlinear crystal body 14b as convergent light or divergent light, the wavelength satisfying the phase matching condition of phase parametric amplification can be expanded.
  • the description of the laser apparatus 1 will be continued with reference to FIG.
  • the laser device 1, amplifier 14 (non-linear crystal 14b) disposed in this order on the emission light path of the laser beam L 2 from the lens (multiplexing means) 15 and a diffraction grating (if Wave means) 16 is further provided.
  • the diffraction grating 16 is disposed at a position away from the lens 15 by a distance f 2.
  • each of the laser beams L 2 emitted from the nonlinear crystal body 14 b passes through the lens 15 and is condensed at the condensing position P 1 of the diffraction grating 16.
  • the laser light L 2 emitted from the nonlinear crystal body 14 b is combined at the condensing position P 1 , and the combined light L 3 as the output light of the laser device 1 is generated.
  • the beam diameter of the focal length f 2 and a groove density of a diffraction grating 16 by varying the groove density of the focal length f 1 and the diffraction grating 12 of the lens 13 is a parallel beam combined light L 3 of the lens 15 Can be set to a desired value.
  • the laser device 1 further includes a phase control device (phase control means) 17.
  • the phase control device 17 causes the output peak of the combined light L 3 to repeatedly appear at a predetermined time interval at the condensing position P 1 of the diffraction grating 16 (that is, the same pulse time waveform repeatedly appears at a predetermined time interval).
  • the phase of each of the laser beams L 1 constituting the seed beam L 0 is controlled. This phase control will be described more specifically.
  • the phase controller 17 includes a spectral phase measuring device (FROG et al., J. Paye et al., Opt. Lett. 18, 1946-1948 (1993)) 18 and a spectral phase modulator (for example, a diffraction grating and a liquid crystal spatial modulator). 4f optical system, or acousto-optic programmable dispersion filter, P. Tournois et al., Opt. Commu. 140, 245-249 (1997)) 19. Further, the laser device 1 includes a half mirror 20 for branching a part of multiplexed light L 3, the multiplexed light L 3 which is branched by the half mirror 20 and a mirror 21 for guiding the spectral phase meter 18 Is provided.
  • FROG et al. J. Paye et al., Opt. Lett. 18, 1946-1948 (1993)
  • a spectral phase modulator for example, a diffraction grating and a liquid crystal spatial modulator
  • phase control device 17 controls the phase of each of the laser light L 1 constituting the seed light L 0 as follows. That is, in the phase control device 17, a part of the combined light L 3 is input to the spectral phase measuring device 18 by the half mirror 20 and the mirror 21.
  • the spectrum phase measuring device 18 measures the spectrum phase of the input combined light L 3 (the phase changed from the position P 0 to the position P 1 ).
  • the spectrum phase measuring device 18 transmits (feeds back) information indicating the measurement result to the spectrum phase modulator 19.
  • the spectral phase modulator 19 then repeats the output peak of the combined light L 3 at predetermined time intervals based on the information indicating the measurement result from the spectral phase measuring device 18 (that is, the same pulse time waveform). So as to repeatedly appear at predetermined time intervals), the phase of each of the laser beams L 1 constituting the seed beam L 0 is controlled. That is, the phase control device 17 measures the spectral phase of the combined light L 3 and controls each phase of the laser light L 1 based on the measurement result (and thus controls each phase of the laser light L 2 ). ).
  • the phase control device 17 controls the phases of the plurality of continuous laser beams L 1 having different frequencies constituting the seed light L 0 (the phase added between the position P 0 and the position P 1).
  • the combined light L 3 generated by the diffraction grating 16 is equivalent to the laser light of the optical frequency comb that has been mode-locked and the peak intensity is increased. It becomes.
  • the laser device 1 includes a frequency modulator (frequency difference adjusting means) 22 disposed in front of the optical isolator 11 in the optical path of the seed light L 0.
  • Frequency modulator 22 adjusts the frequency difference between the laser light L 1 constituting the seed light L 0.
  • the frequency interval (interval of the optical frequency comb) between the laser beams L 1 constituting the seed light L 0 is set to 1 / integer multiple, for example, from 100 MHz to 100 kHz, as shown in FIG. It can also be an integer multiple such as 100 MHz to 10 GHz.
  • the frequency modulator 22 may be configured by a mirror pair or an LN (lithium niobate) modulator.
  • LN lithium niobate
  • the phase both as spectral phase modulator 19.
  • the seed light L 0 is oscillated from the laser light source 10.
  • the seed light L 0 oscillated from the laser light source 10 passes through the spectral phase modulator 19 and the optical isolator 11 and reaches the diffraction grating 12.
  • the seed light L 0 reaching the diffraction grating 12 is demultiplexed into a plurality of laser lights L 1 for each frequency by the diffraction grating 12.
  • Each phase of the laser light L 1 is controlled by the spectral phase modulator 19 so that the combined light L 3 generated later becomes pulsed laser light.
  • Each of the laser beams L 1 demultiplexed by the diffraction grating 12 travels in parallel with each other by passing through the lens 13 and enters the nonlinear crystal body 14 b of the amplifying device 14. At this time, the excitation light L p from the excitation light source 14 a and the laser light L 1 are made incident on the nonlinear crystal body 14 b so as to satisfy the phase matching condition of optical parametric amplification. Thus, each of the laser beam L 1 in the nonlinear crystal 14b is amplified and emitted as the laser beam L 2.
  • Each of the laser beams L 2 emitted from the nonlinear crystal body 14 b passes through the lens 15 and is condensed on the diffraction grating 16.
  • the laser beams L 2 collected on the diffraction grating 16 are combined with each other by the diffraction grating 16 and output from the laser device 1 as combined light L 3 that is pulsed laser light.
  • a part of the combined light L 3 output at this time is input to the spectral phase measuring device 18 of the phase control device 17 and used for measuring the spectral phase.
  • the laser apparatus 1 As described above, in the laser apparatus 1 according to this embodiment, after the certain light L 0 and a plurality of laser beams L 1 demultiplexed by the laser pulse train, the plurality of amplifying devices each laser beam L 1 14 continuously amplifies the light. For this reason, the amplification factor can be set higher than in the case of amplifying the pulse laser beam. Moreover, when generating the diffraction grating 16 in multiplexed to the multiplexed light L 3 each of the amplified laser beam L 2, the output peak of the multiplexed light L 3 at the converging position P 1 is at a predetermined time interval The phases of the laser beams L 1 constituting the seed beam L 0 are controlled so that they appear repeatedly. Accordingly, in the light converging position P 1, the pulsed laser light is generated by a plurality of laser beams L 2 which is amplified with a high amplification factor. Therefore, according to the laser device 1, high-power pulsed laser light can be generated.
  • optical parametric amplification using the nonlinear crystal body 14b is employed. Therefore, according to the laser device 1, and the wavelength of the excitation light L p, by selecting the crossing angle ⁇ such between the excitation light L p and the laser beam L 1, by performing the amplification over a wide range of wavelength band Is possible.
  • the laser device 1 converts again the laser pulse train after a certain light L 0 in the laser pulse train laser light L 1 demultiplexed by sequentially light amplification is a continuous laser beam.
  • the laser device 1 since the laser device 1 performs continuous light amplification, nonlinear optical effects (for example, self-phase modulation, beam breakup, etc.) and narrow band (increase in pulse width) when amplifying pulsed laser light are achieved. Does not occur. Therefore, according to the laser apparatus 1, compared with the laser apparatus which amplifies pulse laser light, it is possible to generate pulse laser light having high beam quality and high repetition and short pulse.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the laser apparatus according to one aspect of the present invention.
  • the laser device 1A according to the present embodiment is different from the laser device 1 according to the first embodiment in that the multi-lens array 23 of convex lenses or concave lenses is provided and the diffraction grating 16 is not provided. It is different.
  • Multi-lens array 23 is disposed on the light incident side of the lens 15 in the optical path of the laser beam L 2.
  • the laser device 1A by using such a multi-lens array 23, without using the diffraction grating 16, and the respective laser beams L 2 and focused directly onto the workpiece O, multiplexed light at that position L 3 is generated.
  • the laser device 1A can be applied when it is not necessary to transmit the multiplexed light L 3.
  • the size of the focused spot on the workpiece O can be adjusted by adjusting the focal length of the multi-lens array 23.
  • a half mirror 24 is disposed downstream of the lens 15, is branched to each part of the laser beam L 2, is incident on the spectral phase meter 18. That is, in the laser device 1A, the phase control device 17 is adapted to measure the respective phase of the laser beam L 2, controls the phase of each of the laser light L 1 constituting the seed light L 0 based on the measurement result To do.
  • high-power pulsed laser light can be generated for the same reason as the laser device 1. Further, it is possible to generate pulsed laser light having high beam quality and high repetition and short pulse.
  • the laser apparatus according to the present invention is not limited to the laser apparatuses 1 and 1A described above.
  • the laser device according to the present invention can be arbitrarily modified from the laser devices 1 and 1A described above without departing from the scope of the claims.
  • each phase of the laser beam L 2 is an amplification of the laser light L 1 having different frequencies from each other, may be controlled to be identical to each other, they differ from each other You may control as follows. Since the pulse time waveform and the spectrum phase distribution are in a relationship of complex Fourier transform, the phase of the laser light L 2 that is the amplified light of the laser light L 1 having a different frequency is used by the phase control device 17 (that is, by) adjusted using spectral phase modulator 19, it is possible to obtain an arbitrary pulse output waveform in manner, the multiplexed light L 3 shown in FIG. That is, in the laser devices 1 and 1A, the time waveform of the generated laser pulse can be variously controlled by controlling the phases of the laser beams L 1 (laser beams L 2 ) having different frequencies.
  • the amplifying device 14 supplies a plurality of excitation lights L p (here, excitation lights L p1 to L p3 ) for one laser beam L 1 .
  • the light can enter the nonlinear crystal body 14b.
  • the optical path is adjusted by M.
  • the nonlinear crystal body 14b of the amplifying device 14 may have a plurality of nonlinear crystal portions 14c as shown in FIG.
  • a plurality of nonlinear crystal portions 14c are arranged in a matrix along a plane orthogonal to the optical axis OA.
  • Each nonlinear crystal unit 14c, the laser beam L 1 and the pumping light L p is cut at an angle that satisfies the phase matching condition.
  • the plurality of excitation lights L p are incident on the nonlinear crystal body 14b along the optical axis OA for each nonlinear crystal portion 14c (or for each group of the plurality of nonlinear crystal portions 14c).
  • one laser beam L 1 is along the optical axis OA, a plurality of pumping light L p is made incident on the nonlinear crystal 14b so as to include a plurality of non-linear crystal portion 14c which is made incident.
  • the intensity of the excitation light L p incident on each nonlinear crystal portion 14c is adjusted so that the occurrence of laser damage in the nonlinear crystal portion 14c is prevented, the number of nonlinear crystal portions 14c is reduced. by increasing, it is possible to high output laser light L 2 after amplification.
  • the focal length f 2 of the lens 15 is several times longer than the focal length f 1 of the lens 13. by also possible to reduce the peak intensity of the combined beam L 3 in the above diffraction grating 16.
  • a mode-locked oscillator or a high-speed current modulation semiconductor laser can be used as the laser light source 10.
  • the mechanical stability of the laser device can be improved.
  • the manufacturing cost of the laser device can be reduced.
  • the present invention it is possible to provide a laser apparatus capable of generating high-power pulsed laser light.

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Abstract

レーザ装置１では、種光Ｌ０を複数のレーザ光Ｌ１に分波した後に、その複数のレーザ光Ｌ１を増幅装置１４によって連続光増幅する。このため、パルスレーザ光を増幅する場合に比べて増幅率を高く設定できる。また、増幅されたレーザ光Ｌ２のそれぞれを回折格子１６で合波して合波光Ｌ３を生成する際に、集光位置Ｐ１において合波光Ｌ３の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように、レーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。これにより、集光位置Ｐ１において、高い増幅率でもって増幅された複数のレーザ光Ｌ２からパルスレーザ光が生成される。よって、このレーザ装置１によれば、高出力のパルスレーザ光を生成することができる。

Description

レーザ装置
　本発明は、パルスレーザ光を生成するレーザ装置に関する。
　上記技術分野の従来の技術として、例えば、特許文献１に記載のモード同期レーザ装置が知られている。特許文献１に記載のモード同期レーザ装置は、レーザ共振器で発生する縦モードの周波数間隔の整数倍の周波数で変調されたレーザ光を、互いに異なる中心波長のスペクトル領域に利得を有する複数の増幅器（例えば光ファイバ増幅器等）で増幅することにより、複数の波長領域のパルスレーザ光を一度に生成している。
特開平６－９００５０号公報
　ところで、パルスレーザ光は、単位時間当たりのエネルギー、すなわち平均パワーが同等である連続光に比べてピーク光強度が大きい。このため、パルスレーザ光を増幅する場合には、増幅器の損傷を防止する目的から、増幅率を制限する必要がある。このため、パルスレーザ光を増幅するレーザ装置にあっては、高出力のパルスレーザ光を生成することが困難である。
　本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、高出力のパルスレーザ光を生成することが可能なレーザ装置を提供することを課題とする。
　本発明の一側面はレーザ装置に関する。このレーザ装置は、互いに周波数が異なる複数の連続レーザ光から構成されるレーザパルス列を発振する発振手段と、発振手段から発振されたレーザパルス列を互いに周波数が異なる複数の連続レーザ光に分波する分波手段と、分波手段で分波された連続レーザ光のそれぞれを増幅する増幅手段と、増幅手段で増幅された連続レーザ光のそれぞれを所定の位置において合波して合波光を生成する合波手段と、所定の位置において合波光の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように連続レーザ光のそれぞれの位相を制御する位相制御手段と、を備え、増幅手段は、励起光を発振する励起光源と、連続レーザ光のそれぞれと励起光とが入射する非線形結晶体とを含み、連続レーザ光のそれぞれと励起光とを光パラメトリック増幅の位相整合条件を満たすように非線形結晶体に入射させることによって、連続レーザ光のそれぞれを増幅することを特徴とする。
　このレーザ装置では、レーザパルス列を複数の連続レーザ光に分波した後に、増幅手段においてその複数の連続レーザ光のそれぞれを増幅する。このため、パルスレーザ光を増幅する場合に比べて、増幅率を高く設定できる。また、そのようにして増幅された連続レーザ光のそれぞれを所定の位置で合波して合波光を生成する際に、その所定の位置において合波光の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように、連続レーザ光のそれぞれの位相を制御する。これにより、所定の位置において、増幅された複数の連続レーザ光によりパルスレーザ光が生成される。よって、このレーザ装置によれば、高出力のパルスレーザ光を生成することが可能となる。特に、このレーザ装置においては、非線形結晶体による光パラメトリック増幅を採用している。このため、このレーザ装置によれば、励起光の波長や、励起光と連続レーザ光との交差角度等を選択することにより、広範囲の波長帯域にわたっての増幅を行うことが可能となる。
　本発明の一側面に係るレーザ装置においては、増幅手段は、励起光を収束光又は発散光として非線形結晶体に入射させることができる。この場合、位相パラメトリック増幅の位相整合条件を満たす波長を拡大することができる。
　本発明の一側面に係るレーザ装置においては、増幅手段は、１つの連続レーザ光に対して複数の励起光を非線形結晶体に入射させることができる。この場合、１つの連続レーザ光が複数の励起光を用いて増幅されることとなるので、より高出力のパルスレーザ光を得ることが可能となる。
　本発明の一側面に係るレーザ装置においては、非線形結晶体は、複数の非線形結晶部を含み、増幅手段は、１つの連続レーザ光を、複数の非線形結晶部を含むように非線形結晶体に入射させると共に、複数の励起光を非線形結晶部ごとに非線形結晶体に入射させることができる。この場合、非線形結晶部におけるレーザ損傷の発生が防止されるように各非線形結晶部に入射する励起光の強度を抑制しても、非線形結晶部の数を増加させることで、増幅後の連続レーザ光を高出力化することができる。
　本発明の一側面に係るレーザ装置においては、発振手段は、略一定の周波数差で周波数が互いに異なる連続レーザ光から構成されるレーザパルス列を発振することができる。この場合、合波光の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるようにするための位相の制御が容易となる。したがって、高出力のパルスレーザ光を容易に生成することができる。
　本発明の一側面に係るレーザ装置は、発振手段から発振されたレーザパルス列を構成する連続レーザ光の間の周波数差を調整する周波数差調整手段をさらに備えることができる。この場合、連続レーザ光の間の周波数差を調節することにより、生成されるパルスレーザ光の繰り返し率を調節することができる。
　本発明の一側面に係るレーザ装置においては、発振手段を、モード同期発振器又は高速電流変調の半導体レーザとすることができる。この場合、レーザ装置の小型軽量化及び低消費電力化を図ることができる。また、レーザ装置の機械的な安定性を向上することができる。さらには、レーザ装置の製造コストを低減することができる。
　本発明の一側面に係るレーザ装置においては、位相制御手段は、合波光のスペクトル位相を計測すると共に、該計測の結果に基づいて連続レーザ光のそれぞれの位相を制御するものとすることができる。この場合、例えば、分波手段の前段にスペクトル位相変調器を設けることにより、連続レーザ光のそれぞれの位相を容易に制御することができる。
　本発明によれば、高出力のパルスレーザ光を生成することが可能なレーザ装置を提供することができる。
光周波数コムを説明するためのグラフである。 本発明の一側面に係るレーザ装置の第１実施形態の概略構成を示す図である。 図２に示されたレーザ装置の部分拡大図である。 図２に示された増幅装置を説明するための図である。 図２に示された増幅装置を説明するための図である。 図２に示された周波数変調器の動作を説明するための図である。 本発明の一側面に係るレーザ装置の第２実施形態の概略構成を示す図である。 図２及び図７に示されたレーザ装置の変形例を説明するための図である。 図２及び図７に示されたレーザ装置の変形例を説明するための図である。 図２及び図７に示されたレーザ装置の変形例を説明するための図である。
　以下、本発明の一側面に係るレーザ装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　本実施形態に係るレーザ装置は、光周波数コムを実現するモード同期レーザをレーザ光源として用いる。そこで、まず、光周波数コム及びモード同期発振について説明する。
　例えば、ファブリペロー共振器内においては、複数の縦モードのレーザ光が存在する。各縦モードのレーザ光の周波数は、共振器長をＬとしたとき、図１に示されるように、△ν＝ｃ／２Ｌの間隔で周波数軸上に配列されている（ｃは光速）。このように、各レーザ光の周波数が等間隔で配列された状態を光周波数コムという。このような共振器を備えるレーザ光源において、各レーザ光に対して位相変調を行わなければ、レーザ光同士の位相の間隔がランダムであるため、それらの合波光であるレーザ光源の出力光の出力時間波形もランダムとなる。一方で、そのようなレーザ光源において、過飽和吸収素子や電気－光変調器や音響光学変調器を用いて、各レーザ光同士の位相が互いにそろうように各レーザ光の位相変調を行うことにより、出力光の出力時間波形が、繰り返し周期Ｔ（Ｔ＝１／△ν）のパルス状となり、モード同期発振が得られる。このような発振手段は、高周波数の電流変調の半導体レーザのように、短パルスが所定の時間間隔で繰り返し現れるような光源であってもよい。
［第１実施形態］
　図２は、本発明の一側面に係るレーザ装置の第１実施形態の概略構成を示す図である。図２に示されるように、本実施形態に係るレーザ装置１は、上述したような光周波数コムを実現するモード同期レーザ、或いは、高繰り返し電流変調の半導体レーザ等のレーザ光源（発振手段）１０を備えている。レーザ光源１０の出力光である種光Ｌ０は、パルス光（レーザパルス列）であって、一定の周波数差で互いに周波数が異なり互いに位相が同一の複数の連続レーザ光（レーザ光Ｌ１）から構成されている。なお、ここでの連続レーザ光とは、その出力が時間に対して略一定であるようなレーザ光であり、パルスレーザ光とは、その出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるようなレーザ光である。
　レーザ装置１は、レーザ光源１０から発振された種光Ｌ０の光路上に順に配列された光アイソレータ１１及び回折格子（分波手段）１２をさらに備えている。光アイソレータ１１は、レーザ光源１０への戻り光を防止する。回折格子１２は、種光Ｌ０を周波数ごとに複数（ここでは３つ）のレーザ光Ｌ１に分波する。つまり、回折格子１２は、レーザ光源１０から発振されたレーザパルス列を互いに周波数が異なる複数のレーザ光Ｌ１に分波する。換言すれば、回折格子１２は、種光Ｌ０における光周波数コムを角度分散させる。さらに換言すれば、回折格子１２は、種光Ｌ０を構成する複数のレーザ光Ｌ１を周波数ごとに空間的に配列する。このとき、レーザ光Ｌ１のそれぞれは、周波数の順に空間的に配列される。
　レーザ装置１は、回折格子１２で分波されたレーザ光Ｌ１の光路上に配置されたレンズ１３をさらに備えている。レンズ１３は、焦点距離がｆ１であり、回折格子１２における種光Ｌ０の入射位置Ｐ０から距離ｆ１だけ離れた位置に配置されている。したがって、回折格子１２で分波されたレーザ光Ｌ１のそれぞれは、レンズ１３を通過することによって、所定の間隔△ｘでもって互いに平行に進行し、レンズ１３から距離ｆ１の位置においてそれぞれ集光される。
　互いに隣り合うレーザ光Ｌ１同士の間隔△ｘは、例えば次のように求めることができる。すなわち、図３に示されるように、波長λの所定のレーザ光Ｌ１の回折格子１２における回折角をβ、回折次数をｍ（通常１次の回折（ｍ＝１）を用いる）、回折格子１２の１ｍ当たりの溝本数をＮ、回折格子１２の溝間隔（１／Ｎ）をｄとすると、回折格子１２の角度分散ｄβ／ｄλは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　と表される。また、逆線分散ｄλ／ｄｘは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　と表される。したがって、互いに隣り合うレーザ光Ｌ１同士の波長間隔を△λとすると、互いに隣り合うレーザ光Ｌ１同士の間隔△ｘは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　と求められる。より具体的には、レンズ１３の焦点距離ｆ１を１ｍ、溝本数Ｎを１２００ｇ／ｍｍ、回折格子１２に対する種光Ｌ０の入射角αを２０ｄｅｇとしたとき、レーザ光Ｌ１の中心波長を１０６０ｎｍとすると、その回折角βは６８．４３ｄｅｇとなる。このとき、波長間隔△λが０．３７５ｐｍ、３７．５ｐｍ、０．３７５ｎｍのそれぞれの場合の△ｘは、１．２２μｍ、１２２μｍ、１．２２ｍｍとなる。
　引き続いて、図２を参照してレーザ装置１の説明を続ける。図２に示されるように、レーザ装置１は、レンズ１３を通過したレーザ光Ｌ１の光路上に一部配置された増幅装置（増幅手段）１４をさらに備えている。増幅装置１４は、レンズ１３を通過したレーザ光Ｌ１のそれぞれを入射して、入射したレーザ光Ｌ１のそれぞれを増幅してレーザ光Ｌ２として出射する。つまり、増幅装置１４は、回折格子１２において分波されたレーザ光Ｌ１のそれぞれを増幅する。以下に、増幅装置１４の詳細について説明する。
　増幅装置１４は、光パラメトリック増幅によってレーザ光Ｌ１のそれぞれを増幅するために、励起光Ｌｐを発振する励起光源１４ａと、レーザ光Ｌ１と励起光Ｌｐとが入射する非線形結晶体１４ｂとを有している。増幅装置１４における光パラメトリック増幅は、非線形結晶体１４ｂにおける２次の非線形光学効果を用いた増幅方式であり、励起光Ｌｐのエネルギーがレーザ光Ｌ１とアイドラー光（不図示）とに分配される過程によってレーザ光Ｌ１が増幅される。換言すれば、増幅装置１４は、レーザ光Ｌ１のそれぞれと励起光Ｌｐとを光パラメトリック増幅の位相整合条件を満たすように非線形結晶体１４ｂに入射させることによって、レーザ光Ｌ１のそれぞれを増幅する。
　図４の（ａ）は非線形結晶体１４ｂの側面図であり、図４の（ｂ）は非線形結晶体１４ｂの上面図である。図４の（ａ），（ｂ）に示されるように、ここでは、１つのレーザ光Ｌ１に対して１つの励起光Ｌｐが非線形結晶体１４ｂに入射させられる。非線形結晶体１４ｂは、回折格子１２で分散された各レーザ光Ｌ１と各励起光Ｌｐとが位相整合条件を満たすような角度（位相整合角φ）であらかじめカッティング・研磨されている。図４の（ｂ）に示されるように、レーザ光Ｌ１と励起光Ｌｐとは同軸か、或いは数度の交差角ψでもって非線形結晶体１４ｂに入射させられる。そうすると、レーザ光Ｌ１は、非線形結晶体１４ｂ中を励起光Ｌｐが伝搬している間に増幅されて出力される。
　図４及び図５を参照してより具体的に説明する。非線形結晶体１４ｂとしてタイプ１型のベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ）結晶を用いた場合、励起光Ｌｐの波長を５２７ｎｍとし、レーザ光Ｌ１の中心波長を８００ｎｍとすると、励起光Ｌｐの非線形結晶体１４ｂへの入射軸と非線形結晶体１４ｂの結晶軸Ａｘとの角度（位相整合角φ）が約２４．１°となるように、且つ、励起光Ｌｐとレーザ光Ｌ１との角度（交差角ψ）が約２．５°となるように光軸調整を行う。その結果、図５に示されるようなレーザ光Ｌ１の波長（シグナル波長）と位相整合角φとの関係（位相整合曲線）が得られる。
　これにより、位相整合特性は、レーザ光Ｌ１の波長が約７５０ｎｍ～１０５０ｎｍの範囲にわたって、角度２４°付近においてほぼ等しくなる。このような条件の下で、レーザ光Ｌ１と励起光Ｌｐとをほぼ同時に非線形結晶体１４ｂに入射させると、各レーザ光Ｌ１が増幅される。なお、非線形結晶体１４ｂとしては、例えば、上述したＢＢＯの他に、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）や部分重水素置換ＫＤＰ（ＤＫＤＰ）等の結晶を用いることができる。また、励起光Ｌｐは、平行光として非線形結晶体１４ｂに入射させることができるが、収束光又は発散光として非線形結晶体１４ｂに入射させてもよい。励起光Ｌｐを収束光又は発散光として非線形結晶体１４ｂに入射させれば、位相パラメトリック増幅の位相整合条件を満たす波長を拡大することができる。
　引き続いて、図２を参照してレーザ装置１の説明を続ける。図２に示されるように、レーザ装置１は、増幅装置１４（非線形結晶体１４ｂ）から出射されたレーザ光Ｌ２の光路上に順に配置されたレンズ（合波手段）１５及び回折格子（合波手段）１６をさらに備えている。レンズ１５は、焦点距離がｆ２であり、非線形結晶体１４ｂの略中心位置から距離ｆ２だけ離れた位置に配置されている。また、回折格子１６は、レンズ１５から距離ｆ２だけ離れた位置に配置されている。
　したがって、非線形結晶体１４ｂから出射されたレーザ光Ｌ２のそれぞれは、レンズ１５を通過することにより回折格子１６の集光位置Ｐ１に集光される。その結果、非線形結晶体１４ｂから出射されたレーザ光Ｌ２が集光位置Ｐ１において合波され、レーザ装置１の出力光としての合波光Ｌ３が生成される。このとき、レンズ１５の焦点距離ｆ２及び回折格子１６の溝密度を、レンズ１３の焦点距離ｆ１及び回折格子１２の溝密度と異ならせることにより、平行ビームである合波光Ｌ３のビーム径を所望の値とすることができる。
　ここで、レーザ装置１は、位相制御装置（位相制御手段）１７をさらに備えている。位相制御装置１７は、回折格子１６の集光位置Ｐ１において、合波光Ｌ３の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように（すなわち、同じパルス時間波形が所定の時間間隔で繰り返し現れるように）種光Ｌ０を構成するレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。この位相の制御についてより具体的に説明する。
　位相制御装置１７は、スペクトル位相測定器（ＦＲＯＧ等、J.Paye　et　al.,　Opt.　Lett.　18,　1946-1948　(1993)）１８と、スペクトル位相変調器（例えば回折格子と液晶空間変調器から構成される４ｆ光学系、或いは音響光学プログラマブル分散フィルター、P.Tournois　et　al.,　Opt.　Commu.　140,　245-249　(1997)）１９とを有している。また、レーザ装置１には、合波光Ｌ３の一部を分岐するためのハーフミラー２０と、ハーフミラー２０で分岐された合波光Ｌ３をスペクトル位相測定器１８に導くためのミラー２１とが設けられている。
　このような位相制御装置１７においては、次のように種光Ｌ０を構成するレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。すなわち、位相制御装置１７においては、合波光Ｌ３の一部がハーフミラー２０及びミラー２１によってスペクトル位相測定器１８に入力される。スペクトル位相測定器１８は、入力された合波光Ｌ３のスペクトル位相（位置Ｐ０から位置Ｐ１に至るまでの間に変化した位相）を計測する。スペクトル位相測定器１８は、その計測結果を示す情報をスペクトル位相変調器１９に送信（フィードバック）する。
　そして、スペクトル位相変調器１９は、スペクトル位相測定器１８からの計測結果を示す情報に基づいて、合波光Ｌ３の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように（すなわち、同じパルス時間波形が所定の時間間隔で繰り返し現れるように）、種光Ｌ０を構成するレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。つまり、位相制御装置１７は、合波光Ｌ３のスペクトル位相を計測すると共に、その計測結果に基づいてレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する（ひいてはレーザ光Ｌ２のそれぞれの位相を制御する）。
　このように、位相制御装置１７が種光Ｌ０を構成する互いに周波数が異なる複数の連続レーザ光Ｌ１の位相を制御する（位置Ｐ０から位置Ｐ１に至るまでの間に付加された位相変化を周波数ごとに補正する）ことによって、回折格子１６で生成される合波光Ｌ３が、モード同期発振された光周波数コムのレーザ光と等価であり、尚且つピーク強度が増大されたパルレーザ光となる。
　なお、レーザ装置１は、種光Ｌ０の光路上における光アイソレータ１１の前段に配置された周波数変調器（周波数差調整手段）２２を備えている。周波数変調器２２は、種光Ｌ０を構成するレーザ光Ｌ１間の周波数差を調整する。これにより、種光Ｌ０を構成するレーザ光Ｌ１間の周波数間隔（光周波数コムの間隔）を、図６に示されるように、例えば、１００ＭＨｚから１００ｋＨｚというように整数倍分の１にすることもできるし、１００ＭＨｚから１０ＧＨｚというように整数倍にすることもできる。
　その結果、回折格子１２で分波されて空間的に配列されたレーザ光Ｌ１同士の間隔△ｘを任意に調整することができる。また、アプリケーションの要望により、合波光Ｌ３のパルス繰り返し率を可変にすることができる。なお、周波数変調器２２は、ミラーペアにより構成されてもよいし、ＬＮ（リチウムニオブ酸）変調器であってもよい。さらに、合波光Ｌ３の繰り返しを高くするには、スペクトル位相変調器１９として振幅、位相両方を変調できるものを用いてもよい。
　以上のように構成されたレーザ装置１においては、まず、レーザ光源１０から種光Ｌ０が発振される。レーザ光源１０から発振された種光Ｌ０は、スペクトル位相変調器１９及び光アイソレータ１１を通過して回折格子１２に到達する。回折格子１２に到達した種光Ｌ０は、回折格子１２によって周波数ごとに複数のレーザ光Ｌ１に分波される。なお、レーザ光Ｌ１のそれぞれの位相は、スペクトル位相変調器１９によって、後に生成される合波光Ｌ３がパルスレーザ光となるように制御されている。
　回折格子１２で分波されたレーザ光Ｌ１のそれぞれは、レンズ１３を通過することにより互いに平行に進行し、増幅装置１４の非線形結晶体１４ｂに入射する。このとき、励起光源１４ａからの励起光Ｌｐとレーザ光Ｌ１とが光パラメトリック増幅の位相整合条件を満たすように非線形結晶体１４ｂに入射させられる。これにより、非線形結晶体１４ｂにおいてレーザ光Ｌ１のそれぞれが増幅され、レーザ光Ｌ２として出射される。
　非線形結晶体１４ｂから出射されたレーザ光Ｌ２のそれぞれは、レンズ１５を通過することにより回折格子１６上に集光される。そして、回折格子１６上に集光されたレーザ光Ｌ２のそれぞれは、回折格子１６により互いに合波され、パルスレーザ光である合波光Ｌ３としてレーザ装置１から出力される。このとき出力される合波光Ｌ３の一部は、位相制御装置１７のスペクトル位相測定器１８に入力され、スペクトル位相の計測に供される。
　以上説明したように、本実施形態に係るレーザ装置１においては、レーザパルス列である種光Ｌ０を複数のレーザ光Ｌ１に分波した後に、その複数のレーザ光Ｌ１のそれぞれを増幅装置１４によって連続光増幅する。このため、パルスレーザ光を増幅する場合に比べて、その増幅率を高く設定できる。また、増幅されたレーザ光Ｌ２のそれぞれを回折格子１６で合波して合波光Ｌ３を生成する際に、集光位置Ｐ１において合波光Ｌ３の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように、種光Ｌ０を構成するレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。これにより、集光位置Ｐ１において、高い増幅率でもって増幅された複数のレーザ光Ｌ２によりパルスレーザ光が生成される。よって、このレーザ装置１によれば、高出力のパルスレーザ光を生成することができる。
　特に、本実施形態に係るレーザ装置１においては、非線形結晶体１４ｂによる光パラメトリック増幅を採用している。このため、このレーザ装置１によれば、励起光Ｌｐの波長や、励起光Ｌｐとレーザ光Ｌ１との交差角ψ等を選択することにより、広範囲の波長帯域にわたっての増幅を行うことが可能となる。
　また、レーザ装置１においては、レーザパルス列である種光Ｌ０を連続レーザ光であるレーザ光Ｌ１に分波して連続光増幅した後に再度レーザパルス列に変換する。このように、レーザ装置１は、連続光増幅を行うので、パルスレーザ光を増幅する際の非線形光学効果（例えば、自己位相変調やビームブレークアップ等）や狭帯域化（パルス幅の増大）が生じない。したがって、レーザ装置１によれば、パルスレーザ光を増幅するレーザ装置に比べて、高ビーム品質であると共に高繰り返し且つ短パルスであるパルスレーザ光を生成することができる。
［第２実施形態］
　図７は、本発明の一側面に係るレーザ装置の第２実施形態の概略構成を示す図である。図７に示されるように、本実施形態に係るレーザ装置１Ａは、凸レンズ又は凹レンズのマルチレンズアレイ２３を備える点、及び回折格子１６を備えない点において、第１実施形態に係るレーザ装置１と相違している。
　マルチレンズアレイ２３は、レーザ光Ｌ２の光路上におけるレンズ１５の光入射面側に配置されている。レーザ装置１Ａは、このようなマルチレンズアレイ２３を用いることにより、回折格子１６を用いることなく、レーザ光Ｌ２のそれぞれを加工対象物Ｏ上に直接集光して、その位置において合波光Ｌ３を生成する。このように、レーザ装置１Ａは、合波光Ｌ３を伝送する必要がない場合に適用することができる。なお、レーザ装置１Ａにおいては、マルチレンズアレイ２３の焦点距離を調整することにより、加工対象物Ｏ上での集光スポットのサイズを調整することができる。
　また、レーザ装置１Ａにおいては、レンズ１５の後段にハーフミラー２４を配置し、レーザ光Ｌ２のそれぞれの一部を分岐させ、スペクトル位相測定器１８に入射させる。つまり、レーザ装置１Ａにおいては、位相制御装置１７は、レーザ光Ｌ２のそれぞれの位相を計測すると共に、その計測結果に基づいて種光Ｌ０を構成するレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。
　このように構成されるレーザ装置１Ａによっても、レーザ装置１と同様の理由から、高出力のパルスレーザ光を生成することができる。また、高ビーム品質であると共に高繰返し且つ短パルスであるパルスレーザ光を生成することができる。
　以上の実施形態は、本発明の一側面に係るレーザ装置の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係るレーザ装置は、上述したレーザ装置１，１Ａに限定されない。本発明に係るレーザ装置は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述したレーザ装置１，１Ａを任意に変形したものとすることができる。
　例えば、上述したレーザ装置１，１Ａにおいては、互いに周波数の異なるレーザ光Ｌ１の増幅光であるレーザ光Ｌ２のそれぞれの位相を、互いに同一となるように制御してもよいし、互いに異なるように制御してもよい。パルス時間波形とスペクトル位相分布とは複素フーリエ変換の関係にあるので、互いに周波数の異なるレーザ光Ｌ１の増幅光であるレーザ光Ｌ２のそれぞれの位相を、位相制御装置１７を用いて（すなわちスペクトル位相変調器１９を用いて）調整することにより、図８に示されるように、合波光Ｌ３において任意のパルス出力波形を得ることができる。つまり、レーザ装置１，１Ａにおいては、互いに異なる周波数のレーザ光Ｌ１（レーザ光Ｌ２）の位相を制御することによって、生成されるレーザパルスの時間波形を様々に制御することができる。
　また、レーザ装置１，１Ａにおいては、増幅装置１４は、図９に示されるように、１つのレーザ光Ｌ１に対して複数の励起光Ｌｐ（ここでは励起光Ｌｐ１～Ｌｐ３）を非線形結晶体１４ｂに入射させることができる。複数の励起光Ｌｐが互いに波長が異なる場合には、それぞれの励起光Ｌｐが位相整合条件を満たす必要があることから、それぞれの励起光Ｌｐが所定の位相整合角となるようにミラーＭによってその光路が調整される。このように、１つのレーザ光Ｌ１を複数の励起光Ｌｐを用いて増幅すれば、増幅後のレーザ光Ｌ２をより高出力化することが可能となる。
　また、レーザ装置１，１Ａにおいては、増幅装置１４の非線形結晶体１４ｂは、図１０に示されるように、複数の非線形結晶部１４ｃを有していてもよい。ここでは、光軸ＯＡと直交する面に沿って、複数の非線形結晶部１４ｃがマトリックス状に配置されている。各非線形結晶部１４ｃは、レーザ光Ｌ１と励起光Ｌｐとが位相整合条件を満たすような角度でカッティングされている。この場合、複数の励起光Ｌｐは、光軸ＯＡに沿って非線形結晶部１４ｃごとに（或いは複数の非線形結晶部１４ｃのまとまりごとに）非線形結晶体１４ｂに入射させられる。また、１つのレーザ光Ｌ１は、光軸ＯＡに沿って、複数の励起光Ｌｐが入射させられる複数の非線形結晶部１４ｃを含むように非線形結晶体１４ｂに入射させられる。このような構成によれば、非線形結晶部１４ｃにおけるレーザ損傷の発生が防止されるように各非線形結晶部１４ｃに入射する励起光Ｌｐの強度を調整しても、非線形結晶部１４ｃの数を増加させることにより、増幅後のレーザ光Ｌ２を高出力化することができる。
　また、レーザ装置１，１Ａにおいて、合波光Ｌ３のピーク強度が回折格子１６の損傷閾値を超える場合には、レンズ１５の焦点距離ｆ２をレンズ１３の焦点距離ｆ１に比べて数倍長くすることにより、回折格子１６上での合波光Ｌ３のピーク強度を下げることもできる。
　さらには、レーザ装置１，１Ａにおいては、レーザ光源１０としてモード同期発振器又は高速電流変調の半導体レーザを用いることができる。この場合、レーザ装置の小型軽量化及び低消費電力化を図ることができる。また、レーザ装置の機械的な安定性を向上することができる。さらには、レーザ装置の製造コストを低減することができる。
　本発明によれば、高出力のパルスレーザ光を生成することが可能なレーザ装置を提供することができる。
　１，１Ａ…レーザ装置、１０…レーザ光源（発振手段）、１２…回折格子（分波手段）、１４…増幅装置（増幅手段）、１４ａ…励起光源、１４ｂ…非線形結晶体、１４ｃ…非線形結晶部、１５…レンズ（合波手段）、１６…回折格子（合波手段）、１７…位相制御装置（位相制御手段）、２２…周波数変調器（周波数差調整手段）、Ｌ１，Ｌ２…レーザ光、Ｌ３…合波光、Ｌｐ…励起光。

Claims (8)

  1. 　互いに周波数が異なる複数の連続レーザ光から構成されるレーザパルス列を発振する発振手段と、
    　前記発振手段から発振された前記レーザパルス列を互いに周波数が異なる複数の前記連続レーザ光に分波する分波手段と、
    　前記分波手段で分波された前記連続レーザ光のそれぞれを増幅する増幅手段と、
    　前記増幅手段で増幅された前記連続レーザ光のそれぞれを所定の位置において合波して合波光を生成する合波手段と、
    　前記所定の位置において前記合波光の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように前記連続レーザ光のそれぞれの位相を制御する位相制御手段と、を備え、
    　前記増幅手段は、励起光を発振する励起光源と、前記連続レーザ光のそれぞれと前記励起光とが入射する非線形結晶体とを含み、前記連続レーザ光のそれぞれと前記励起光とを光パラメトリック増幅の位相整合条件を満たすように前記非線形結晶体に入射させることによって、前記連続レーザ光のそれぞれを増幅する、ことを特徴とするレーザ装置。
  2. 　前記増幅手段は、前記励起光を収束光又は発散光として前記非線形結晶体に入射させる、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 　前記増幅手段は、１つの前記連続レーザ光に対して複数の前記励起光を前記非線形結晶体に入射させる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ装置。
  4. 　前記非線形結晶体は、複数の非線形結晶部を含み、
    　前記増幅手段は、１つの前記連続レーザ光を、複数の前記非線形結晶部を含むように前記非線形結晶体に入射させると共に、複数の前記励起光を前記非線形結晶部ごとに前記非線形結晶体に入射させる、ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
  5. 　前記発振手段は、略一定の周波数差で周波数が互いに異なる前記連続レーザ光から構成される前記レーザパルス列を発振する、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
  6. 　前記発振手段から発振された前記レーザパルス列を構成する前記連続レーザ光の間の周波数差を調整する周波数差調整手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
  7. 　前記発振手段は、モード同期発振器又は高速電流変調の半導体レーザである、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のレーザ装置。
  8. 　前記位相制御手段は、前記合波光のスペクトル位相を計測すると共に、該計測の結果に基づいて前記連続レーザ光のそれぞれの位相を制御する、ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のレーザ装置。
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