(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光パルスのパルス幅と異なるパルス幅を有する出力光パルスを生成するパルス幅変換装置であって、
第１光路に沿って波長によらず一定の入射角で入力した各波長成分の主光線が一致している前記入力光パルスを分光して第２光路に沿って波長に応じた出射角で出力し、第３光路に沿って波長に応じた入射角で入力した光束を第４光路に沿って波長によらず一定の出射角で出力し、第５光路に沿って波長によらず一定の入射角で入力した光束を第６光路に沿って波長に応じた出射角で出力し、第７光路に沿って波長に応じた入射角で入力した光束を合波して第８光路に沿って波長によらず出射角が一定でありかつ各波長成分の主光線が一致している前記出力光パルスとして出力する分光素子と、
前記分光素子から前記第２光路に沿って波長に応じた出射角で出力された光束を、前記分光素子へ前記第３光路に沿って波長に応じた入射角で入力させる第１光学系と、
前記分光素子から前記第４光路に沿って波長によらず一定の出射角で出力された光束を、前記分光素子へ前記第５光路に沿って波長によらず一定の入射角で入力させる第２光学系と、
前記分光素子から前記第６光路に沿って波長に応じた出射角で出力された光束を、前記分光素子へ前記第７光路に沿って波長に応じた入射角で入力させる第３光学系と、
を備え、
前記第２光学系において、前記分光素子へ前記第５光路に沿って光束が入力されるときの入射角が、前記分光素子から前記第４光路に沿って光束が出力されるときの出射角と等しく、
前記分光素子における光束の入出射方向に関して、前記第３光路および前記第４光路の組み合わせによる入出射方向が、前記第１光路および前記第２光路の組み合わせによる入出射方向と異なり、
前記第１光路および前記第３光路それぞれに沿って光束が前記分光素子に入射する際の前記分光素子上における光入射領域が互いに重なり、
前記第５光路および前記第７光路それぞれに沿って光束が前記分光素子に入射する際の前記分光素子上における光入射領域が互いに重なる、
ことを特徴とするパルス幅変換装置。
【請求項２】
前記分光素子が透過型回折格子であることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変換装置。
【請求項３】
前記分光素子が反射型回折格子であることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変換装置。
【請求項４】
前記第１光学系および前記第３光学系が一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変換装置。
【請求項５】
前記分光素子，前記第１光学系および前記第３光学系が一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変換装置。
【請求項６】
前記分光素子，前記第１光学系，前記第２光学系および前記第３光学系が一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変換装置。
【請求項７】
前記第１光学系および前記第３光学系の双方または何れか一方が、前記分光素子からの光出力から前記分光素子への光入力までの光路長を調整する光路長調整部を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変換装置。
【請求項８】
光パルスを光増幅する光増幅装置と、
前記光増幅装置により光増幅された光パルスを入力し、その入力した光パルスの分散を補償して該光パルスを出力する請求項１〜７の何れか１項に記載のパルス幅変換装置と、
を備えることを特徴とする光増幅システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力光パルスのパルス幅と異なるパルス幅を有する出力光パルスを生成するパルス幅変換装置、ならびに、光増幅装置およびパルス幅変換装置を備える光増幅システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高強度超短パルスレーザ装置を安定に動作させるためには、非特許文献１に記載されているように、光増幅前にパルス幅変換装置（パルス伸展装置）により光パルスのパルス幅を伸展してチャープパルスとし、光増幅装置内においては光パルスの瞬時的な強度を低く抑え、光増幅後にパルス幅変換装置（パルス圧縮装置）により光パルスのパルス幅を圧縮して光パルスの尖頭値（ピーク値）を大きくすることが重要である。このような手法はチャープパルス増幅法と呼ばれている。
【０００３】
チャープパルスとは、光パルスに含まれる各波長成分によって到達時間が異なるという特性を有する光パルスのことである。光パルスを構成する波長帯域の帯域幅によって、その光パルスのパルス幅の下限が決まる。これはフーリエ限界パルス幅とよばれる。チャープパルスのパルス幅は、フーリエ限界パルス幅に比べて長い。しかし、チャープパルスは、構成する各波長成分の光路長を所定の長さに調整した装置を通過させることで、フーリエ限界パルス幅程度までパルス幅を圧縮することが可能である。
【０００４】
パルス圧縮装置は、一般に、上記チャープパルスをフーリエ限界パルス幅程度まで圧縮することを可能とする装置である。高強度超短パルスレーザ装置の最終段にパルス圧縮装置を配置することで、増幅された高エネルギーチャープパルスのパルス幅を圧縮し、パルス幅を可能な限り短くすることで光パルスの尖頭値を大きくすることができる。ここで、調整次第では、フーリエ限界パルス幅より長い時間幅を有する光パルスを出力することも可能である。
【０００５】
一方、このようなパルス圧縮装置は、光パルスのパルス幅を伸展してチャープパルスとするパルス伸展装置としても作用することができる。このような光パルスのパルス幅を変換するパルス幅変換装置（パルス圧縮装置、パルス伸展装置）は、何らかの分光素子を必須の構成要素として備える。分光素子としては、プリズムなど物質に固有の分散を利用するものや、回折格子など素子構造による回折効果を利用するものが主にある。
【０００６】
分光素子としてプリズムを備えるパルス幅変換装置は、光パルスのパルス幅の可変範囲が小さく、チャープパルス増幅法に適用することは困難である。そこで、分光素子として回折格子を備えるパルス幅変換装置が広く用いられている。図１２〜図１５は、分光素子として回折格子を備えるパルス幅変換装置の構成例を示す図である。
【０００７】
図１２に示されるパルス幅変換装置２Ａは、４個の反射型回折格子３１〜３４を備える。このパルス幅変換装置２Ａでは、入力光パルスＰｉは、反射型回折格子３１により回折されて分光され、反射型回折格子３２により回折されて平行光束とされ、反射型回折格子３３により回折されて収斂され、反射型回折格子３４により回折されて合波され出力光パルスＰｏとして出力される。
【０００８】
図１３に示されるパルス幅変換装置２Ｂは、４個の透過型回折格子２１〜２４を備える。このパルス幅変換装置２Ｂでは、入力光パルスＰｉは、透過型回折格子２１により回折されて分光され、透過型回折格子２２により回折されて平行光束とされ、透過型回折格子２３により回折されて収斂され、透過型回折格子２４により回折されて合波され出力光パルスＰｏとして出力される。
【０００９】
従来では、主に、図１２に示されるような４個の反射型回折格子３１〜３４を備えるパルス幅変換装置２Ａの構成が用いられてきた。しかし、反射型回折格子と比較して、透過型回折格子は、光吸収が少ないことに起因する熱的な優位性を有し、また、製造工程に起因する価格的な優位性を有している。このことから、近年では、図１３に示されるような４個の透過型回折格子２１〜２４を備えるパルス幅変換装置２Ｂの構成が用いられてきている。また、図１４，図１５に示されるように、２個の透過型回折格子を備えるパルス幅変換装置２Ｃ，２Ｄの構成もある。
【００１０】
図１４に示されるパルス幅変換装置２Ｃは、２個の透過型回折格子２１，２２を備える。このパルス幅変換装置２Ｃでは、入力光パルスＰｉは、透過型回折格子２１により回折されて分光され、透過型回折格子２２により回折されて平行光束とされ、直角プリズム４０により光路が折り返される。直角プリズム４０により光路が折り返された光パルスは、透過型回折格子２２により回折されて収斂され、透過型回折格子２１により回折されて合波され出力光パルスＰｏとして出力される。
【００１１】
図１５に示されるパルス幅変換装置２Ｄも、２個の透過型回折格子２１，２２を備える。このパルス幅変換装置２Ｄでは、入力光パルスＰｉは、透過型回折格子２１により回折されて分光され、反射鏡４１，４２により順次に反射され、透過型回折格子２２により回折されて平行光束とされ、直角プリズム４０により光路が折り返される。直角プリズム４０により光路が折り返された光パルスは、透過型回折格子２２により回折されて収斂され、反射鏡４２，４１により順次に反射され、透過型回折格子２１により回折されて合波され出力光パルスＰｏとして出力される。
【００１２】
図１２〜図１５において、各回折格子の格子が延在する方向は紙面に垂直な方向であり、直角プリズム４０による光路折り返しのときを除いて光パルスは紙面に平行に進む。直角プリズム４０は、２つの反射面により順次に光パルスを反射させることで、往路の光パルスの光路に対して復路の光パルスの光路を紙面に垂直な方向に平行移動させる。
【００１３】
図１２〜図１５に示されるように、一般に、パルス幅変換装置は、分光素子への複数回の光パルス入射を必要とする。分光素子への光パルス入射回数は最も少ない場合で４回である。図１２，図１３に示されるパルス幅変換装置２Ａ，２Ｂに対し、図１４，図１５に示されるパルス幅変換装置２Ｃ，２Ｄは、各々の回折格子に光パルスを２回入射させることにして、回折格子の個数を削減している。また、図１５に示されるパルス幅変換装置２Ｄは、回折格子２１，２２を一体化した長尺の１個の回折格子を用いて構成することもできる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Xiangyu Zhou, et al., "Generationof 28-fs pulses from a mode-locked ytterbium fiber oscillator", OPTICSEXPRESS, Vol.16, No.10, pp.7055-7059 (2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記のようなパルス幅変換装置の構成では、少なくとも２個の回折格子または長尺の１個の回折格子が必要である。図１５に示されるパルス幅変換装置２Ｄの構成では、長尺の回折格子を用いれば回折格子が１個でよいものの、入力光パルスＰｉおよび出力光パルスＰｏと直角プリズム４０との間の幾何学的な干渉に因り、小型化が困難である。特に、回折角が大きい回折格子を用いるとき、この問題が顕著となる。
【００１６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、小型化が容易なパルス幅変換装置を提供することを目的とする。また、このようなパルス幅変換装置を備えて小型化が容易な光増幅システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係るパルス幅変換装置は、入力光パルスのパルス幅と異なるパルス幅を有する出力光パルスを生成するパルス幅変換装置であって、(1) 第１光路に沿って波長によらず一定の入射角で入力した各波長成分の主光線が一致している入力光パルスを分光して第２光路に沿って波長に応じた出射角で出力し、第３光路に沿って波長に応じた入射角で入力した光束を第４光路に沿って波長によらず一定の出射角で出力し、第５光路に沿って波長によらず一定の入射角で入力した光束を第６光路に沿って波長に応じた出射角で出力し、第７光路に沿って波長に応じた入射角で入力した光束を合波して第８光路に沿って波長によらず出射角が一定でありかつ各波長成分の主光線が一致している出力光パルスとして出力する分光素子と、(2) 分光素子から第２光路に沿って波長に応じた出射角で出力された光束を、分光素子へ第３光路に沿って波長に応じた入射角で入力させる第１光学系と、(3) 分光素子から第４光路に沿って波長によらず一定の出射角で出力された光束を、分光素子へ第５光路に沿って波長によらず一定の入射角で入力させる第２光学系と、(4) 分光素子から第６光路に沿って波長に応じた出射角で出力された光束を、分光素子へ第７光路に沿って波長に応じた入射角で入力させる第３光学系と、を備えることを特徴とする。さらに、第２光学系において、分光素子へ第５光路に沿って光束が入力されるときの入射角が、分光素子から第４光路に沿って光束が出力されるときの出射角と等しく、分光素子における光束の入出射方向に関して、第３光路および第４光路の組み合わせによる入出射方向が、第１光路および第２光路の組み合わせによる入出射方向と異なり、第１光路および第３光路それぞれに沿って光束が分光素子に入射する際の分光素子上における光入射領域が互いに重なり、第５光路および第７光路それぞれに沿って光束が分光素子に入射する際の分光素子上における光入射領域が互いに重なることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るパルス幅変換装置は、分光素子が透過型回折格子であるのが好適であり、また、分光素子が反射型回折格子であるのも好適である。
【００１９】
本発明に係るパルス幅変換装置は、第１光学系および第３光学系が一体化されているのが好適であり、分光素子，第１光学系および第３光学系が一体化されているのが好適であり、また、分光素子，第１光学系，第２光学系および第３光学系が一体化されているのが好適である。
【００２０】
本発明に係るパルス幅変換装置は、第１光学系および第３光学系の双方または何れか一方が、分光素子からの光出力から分光素子への光入力までの光路長を調整する光路長調整部を含むのが好適である。
【００２２】
本発明に係る光増幅システムは、(1) 光パルスを光増幅する光増幅装置と、(2) 光増幅装置により光増幅された光パルスを入力し、その入力した光パルスの分散を補償して該光パルスを出力する上記の本発明に係るパルス幅変換装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るパルス幅変換装置または光増幅システムは小型化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係るパルス幅変換装置１の構成を概念的に示す図である。
【図２】パルス幅変換装置１Ａの構成を示す図である。
【図３】パルス幅変換装置１Ａに含まれる透過型回折格子２０の分光作用を説明する図である。
【図４】パルス幅変換装置１Ｂの構成を示す図である。
【図５】パルス幅変換装置１Ｃの構成を示す図である。
【図６】パルス幅変換装置１Ｄの構成を示す図である。
【図７】パルス幅変換装置１Ｅの構成を示す図である。
【図８】パルス幅変換装置１Ｆの構成を示す図である。
【図９】パルス幅変換装置１Ｇの構成を示す図である。
【図１０】パルス幅変換装置１Ｇに含まれる反射型回折格子３０の分光作用を説明する図である。
【図１１】本実施形態に係る光増幅システム３の構成を示す図である。
【図１２】分光素子として反射型回折格子を備えるパルス幅変換装置の構成例を示す図である。
【図１３】分光素子として透過型回折格子を備えるパルス幅変換装置の構成例を示す図である。
【図１４】分光素子として透過型回折格子を備えるパルス幅変換装置の構成例を示す図である。
【図１５】分光素子として透過型回折格子を備えるパルス幅変換装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２６】
図１は、本実施形態に係るパルス幅変換装置１の構成を概念的に示す図である。本実施形態に係るパルス幅変換装置１は、分光素子１０，第１光学系１１，第２光学系１２および第３光学系１３を備える。なお、第１光学系１１と第３光学系１３とは一部また全部の光学部品を共有していてもよい。図１では、第１光学系１１と第３光学系１３とが全部の光学部品を共有するとして、第１光学系１１と第３光学系１３とを共通のものとして表している。
【００２７】
分光素子１０は、一定の入射角で入力した光束を波長毎に分光して、各波長成分の光を当該波長に応じた出射角で出力することができる。また、分光素子１０は、各波長成分の光を当該波長に応じた入射角で入力すると、これら各波長成分の光を一定の出射角で出力することができる。分光素子１０は例えば透過型回折格子または反射型回折格子である。
【００２８】
分光素子１０は、第１光路Ｐ１に沿って入力した入力光パルスＰｉを分光して第２光路Ｐ２に沿って波長に応じた出射角で出力する。分光素子１０は、第３光路Ｐ３に沿って波長に応じた入射角で入力した光束を第４光路Ｐ４に沿って一定の出射角で出力する。分光素子１０は、第５光路Ｐ５に沿って一定の入射角で入力した光束を第６光路Ｐ６に沿って波長に応じた出射角で出力する。また、分光素子１０は、第７光路Ｐ７に沿って波長に応じた入射角で入力した光束を合波して第８光路Ｐ８に沿って出力光パルスＰｏとして出力する。
【００２９】
なお、分光素子１０は、第４光路Ｐ４に沿って一定の入射角で光束が入射した場合、その光束を分光して第３光路Ｐ３に沿って波長に応じた出射角で出力することができ、また、第８光路Ｐ８に沿って一定の入射角で光束が入射した場合、その光束を分光して第７光路Ｐ７に沿って波長に応じた出射角で出力することができる。分光素子１０は、第１光路Ｐ１，第４光路Ｐ４，第５光路Ｐ５および第８光路Ｐ８それぞれ沿って一定の入射角で光束が入力した場合、同一の分光特性を有する。
【００３０】
第１光学系１１は、分光素子１０から第２光路Ｐ２に沿って波長に応じた出射角で出力された光束を、分光素子１０へ第３光路Ｐ３に沿って波長に応じた入射角で入力させる。第２光学系１２は、分光素子１０から第４光路Ｐ４に沿って一定の出射角で出力された光束を、分光素子１０へ第５光路Ｐ５に沿って一定の入射角で入力させる。また、第３光学系１３は、分光素子１０から第６光路Ｐ６に沿って波長に応じた出射角で出力された光束を、分光素子１０へ第７光路Ｐ７に沿って波長に応じた入射角で入力させる。
【００３１】
分光素子１０における光束の入出射方向に関して、第３光路Ｐ３および第４光路Ｐ４の組み合わせによる入出射方向は、第１光路Ｐ１および第２光路Ｐ２の組み合わせによる入出射方向と異なる。分光素子１０における光束の入出射方向に関して、第５光路Ｐ５および第６光路Ｐ６の組み合わせによる入出射方向は、第１光路Ｐ１および第２光路Ｐ２の組み合わせによる入出射方向と一致していてもよいし、第３光路Ｐ３および第４光路Ｐ４の組み合わせによる入出射方向と一致していてもよい。
【００３２】
また、分光素子１０における光束の入出射方向に関して、第７光路Ｐ７および第８光路Ｐ８の組み合わせによる入出射方向は、第１光路Ｐ１および第２光路Ｐ２の組み合わせによる入出射方向と一致していてもよいし、第３光路Ｐ３および第４光路Ｐ４の組み合わせによる入出射方向と一致していてもよいし、第５光路Ｐ５および第６光路Ｐ６の組み合わせによる入出射方向と一致していてもよい。
【００３３】
分光素子１０へ第５光路Ｐ５に沿って光束が入力されるときの入射角は、分光素子１０から第４光路Ｐ４に沿って光束が出力されるときの出射角と等しくてもよい。このとき、分光素子１０から第６光路Ｐ６に沿って光束が出力されるときの各波長成分の出射角は、分光素子１０へ第３光路Ｐ３に沿って光束が入力されるときの各波長成分の入射角と等しい。このように、分光素子１０における光束の入出射方向に関して、第４光路Ｐ４と第５光路Ｐ５とが互いに逆向きであって、第３光路Ｐ３と第６光路Ｐ６とが互いに逆向きである場合、これらの光路は、互いに光束が重ならないように設定される。
【００３４】
また、分光素子１０へ第７光路Ｐ７に沿って光束が入力されるときの各波長成分の入射角は、分光素子１０から第２光路Ｐ２に沿って光束が出力されるときの各波長成分の出射角と等しくてもよい。このとき、分光素子１０から第８光路Ｐ８に沿って出力光パルスＰｏが出力されるときの出射角は、分光素子１０へ第１光路Ｐ１に沿って入力光パルスＰｉが入力されるときの入射角と等しい。このように、分光素子１０における光束の入出射方向に関して、第２光路Ｐ２と第７光路Ｐ７とが互いに逆向きであって、第１光路Ｐ１と第８光路Ｐ８とが互いに逆向きである場合、これらの光路は、互いに光束が重ならないように設定される。
【００３５】
本実施形態に係るパルス幅変換装置１では、入力光パルスＰｉは、分光素子１０へ第１光路Ｐ１に沿って一定の入射角で入力されて、分光素子１０により波長毎に分光される。分光素子１０により分光された各波長成分の光は、分光素子１０から第２光路Ｐ２に沿って当該波長に応じた出射角で出力され、第１光学系１１を経て、分光素子１０へ第３光路Ｐ３に沿って波長に応じた入射角で入力されて、分光素子１０から第４光路Ｐ４に沿って一定の出射角で出力される。分光素子１０から第４光路Ｐ４に沿って出力される各波長成分の光は、一定の出射角であるものの、分光素子１０上の当該波長に応じた位置から出力され、空間的に分離されている。
【００３６】
分光素子１０から第４光路Ｐ４に沿って一定の出射角で出力された各波長成分の光は、第２光学系１２を経て、分光素子１０へ第５光路Ｐ５に沿って一定の入射角で入力されて、分光素子１０から第６光路Ｐ６に沿って波長に応じた出射角で出力され、第３光学系１３を経て、分光素子１０へ第７光路Ｐ７に沿って波長に応じた入射角で入力される。分光素子１０へ第７光路Ｐ７に沿って波長に応じた入射角で入力された光は、分光素子１０により合波されて、分光素子１０から第８光路Ｐ８に沿って出力光パルスＰｏとして出力される。第５光路Ｐ５，第６光路Ｐ６，第７光路Ｐ７および第８光路Ｐ８は、第１光路Ｐ１，第２光路Ｐ２，第３光路Ｐ３および第４光路Ｐ４に対して逆方向であってもよい。
【００３７】
分光素子１０から第８光路Ｐ８に沿って出力される出力光パルスＰｏは、波長によらず出射角が一定であり、各波長成分の主光線が一致している。本実施形態に係るパルス幅変換装置１は、入力光パルスＰｉに対して周波数領域で２次以上の分散を付与して出力光パルスＰｏを出力することができる。すなわち、本実施形態に係るパルス幅変換装置１は、入力光パルスＰｉのパルス幅と異なるパルス幅を有する出力光パルスＰｏを生成することができる。
【００３８】
以下では、図２〜図１０を用いて、本実施形態に係るパルス幅変換装置１の具体的な構成例について説明する。これらの図に示されるように、第１光路Ｐ１および第３光路Ｐ３それぞれに沿って光束が分光素子１０に入射する際の分光素子１０上における光入射領域は互いに重なる。また、第５光路Ｐ５および第７光路Ｐ７それぞれに沿って光束が分光素子１０に入射する際の分光素子１０上における光入射領域は互いに重なる。
【００３９】
図２は、パルス幅変換装置１Ａの構成を示す図である。この図に示されるパルス幅変換装置１Ａは、分光素子１０としての透過型回折格子２０、第２光学系１２の構成要素としての直角プリズム４０、ならびに、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれの構成要素としての反射鏡４１〜４３を備える。
【００４０】
透過型回折格子２０は、図３に示されるように、第１の側から一定の入射角で入射した光Ｐｉ１を分光して、第２の側へ波長に応じた出射角で各波長成分の光Ｐｏ１を出力することができ、また、第２の側から一定の入射角で入射した光Ｐｉ２を分光して、第１の側へ波長に応じた出射角で各波長成分の光Ｐｏ２を出力することができる。また、透過型回折格子２０は、入射角と出射角（回折角）とが互いに等しいリトロー配置をとることができる。
【００４１】
なお、図２および図３において、透過型回折格子２０の格子が延在する方向は紙面に垂直な方向であり、直角プリズム４０による光路折り返しのときを除いて光パルスは紙面に平行に進む。直角プリズム４０は、２つの反射面により順次に光パルスを反射させることで、往路の光パルスの光路に対して復路の光パルスの光路を紙面に垂直な方向に平行移動させる。直角プリズム４０の光入出射面には反射低減膜が形成されているのが好適である。以降に説明する図でも同様である。
【００４２】
図２に示されるパルス幅変換装置１Ａでは、入力光パルスＰｉは、透過型回折格子２０へ一定の入射角で入力されて、透過型回折格子２０により波長毎に分光される。透過型回折格子２０により分光された各波長成分の光は、透過型回折格子２０から当該波長に応じた出射角で出力され、反射鏡４１，４２，４３により順次に反射された後、透過型回折格子２０へ波長に応じた入射角で入力されて、透過型回折格子２０から一定の出射角で出力される。透過型回折格子２０から出力される各波長成分の光は、一定の出射角であるものの、透過型回折格子２０上の当該波長に応じた位置から出力され、空間的に分離されている。
【００４３】
透過型回折格子２０から一定の出射角で出力された各波長成分の光は、直角プリズム４０により光路が折り返され、透過型回折格子２０へ一定の入射角で入力されて、透過型回折格子２０から波長に応じた出射角で出力され、反射鏡４３，４２，４１により順次に反射された後、透過型回折格子２０へ波長に応じた入射角で入力される。透過型回折格子２０へ波長に応じた入射角で入力された光は、透過型回折格子２０により合波されて、透過型回折格子２０から出力光パルスＰｏとして出力される。
【００４４】
透過型回折格子２０から出力される出力光パルスＰｏは、波長によらず出射角が一定であり、各波長成分の主光線が一致している。出力光パルスＰｏは、入力光パルスＰｉに対して周波数領域で２次以上の分散が付与されたものであり、入力光パルスＰｉのパルス幅と異なるパルス幅を有する。
【００４５】
このようなパルス幅変換装置１Ａは、高強度超短パルスレーザ装置の最終段において光パルスのパルス幅を圧縮するパルス圧縮装置として好適に用いられる。高強度超短パルスレーザ装置は、前述したチャープパルス増幅法を用いて光パルスを光増幅する構成とされる。実際に、Ｙｂ：ＹＡＧセラミックを光増幅媒体として用いた再生増幅システムにより繰り返し周波数２０ｋＨｚで生成したチャープ光パルス（中心波長１０３０ｎｍ、エネルギー０.２ｍＪ、パルス幅３０ｐｓ）に対して、パルス幅変換装置１Ａによりパルス幅を圧縮した。透過型回折格子２０は、刻線本数が１３７０本／ｍｍであり、入射角４５°で入射した波長１０３０ｎｍの光を回折角４５°で出射する構成とした。反射鏡４１から反射鏡４２を経由して反射鏡４３に至るまでの光路長を３０ｃｍとした。上記再生増幅システムから出力された光パルスをパルス幅変換装置１Ａに入力させてパルス幅の圧縮を行ったところ、出力光パルスのパルス幅は１ｐｓとなった。このように、パルス幅変換装置１Ａを用いることで、パルス幅を３０ｐｓから１ｐｓへ実際に圧縮することができた。
【００４６】
図４は、パルス幅変換装置１Ｂの構成を示す図である。この図に示されるパルス幅変換装置１Ｂは、分光素子１０としての透過型回折格子２０、第２光学系１２の構成要素としての直角プリズム４０、ならびに、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれの構成要素としての反射鏡４１，直角プリズム４４および可動ステージ４５を備える。
【００４７】
図２に示されたパルス幅変換装置１Ａの構成と比較すると、この図４に示されるパルス幅変換装置１Ｂは、反射鏡４２，４３に替えて直角プリズム４４を備える点で相違し、また、可動ステージ４５を更に備える点で相違する。
【００４８】
直角プリズム４４は、２つの反射面により順次に光パルスを反射させることで、往路および復路それぞれの光パルスの進行方向を変更する。直角プリズム４４の光入出射面には反射低減膜が形成されているのが好適である。可動ステージ４５は、直角プリズム４４を平行移動させることで、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれにおける透過型回折格子２０からの光出力から透過型回折格子２０への光入力までの光路長を調整する光路長調整部として作用する。
【００４９】
このパルス幅変換装置１Ｂにおいても、透過型回折格子２０から出力される出力光パルスＰｏは、波長によらず出射角が一定であり、各波長成分の主光線が一致している。出力光パルスＰｏは、入力光パルスＰｉに対して周波数領域で２次以上の分散が付与されたものであり、入力光パルスＰｉのパルス幅と異なるパルス幅を有する。
【００５０】
特に、このパルス幅変換装置１Ｂでは、光路長調整部としての可動ステージ４５が設けられていることにより、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれにおいて透過型回折格子２０からの光出力から透過型回折格子２０への光入力までの光路長が調整される。これにより、入力光パルスＰｉに対して付与される周波数領域における分散量が調整されて、入力光パルスＰｉに対する出力光パルスＰｏのパルス幅の圧縮または伸展の量が調整される。
【００５１】
図５は、パルス幅変換装置１Ｃの構成を示す図である。この図に示されるパルス幅変換装置１Ｃは、分光素子１０としての透過型回折格子２０、第２光学系１２の構成要素としての直角プリズム４０、ならびに、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれの構成要素としての反射鏡４１，４３および機能化ブロック４６を備える。図２に示されたパルス幅変換装置１Ａの構成と比較すると、この図５に示されるパルス幅変換装置１Ｃは、反射鏡４２に替えて機能化ブロック４６を備える点で相違する。
【００５２】
機能化ブロック４６は、反射鏡４１から入出射面４６ａに到達した光を内部に入力して、その光を内壁面で複数回全反射させた後、入出射面４６ｂから反射鏡４３へ出力する。また、機能化ブロック４６は、反射鏡４３から入出射面４６ｂに到達した光を内部に入力して、その光を内壁面で複数回全反射させた後、入出射面４６ａから反射鏡４１へ出力する。機能化ブロック４６は、入力される光の波長において透過率が高い材料からなるのが好適であり、例えば石英ガラスからなる。機能化ブロック４６の入出射面４６ａ，４６ｂには反射低減膜が形成されているのが好適である。
【００５３】
このパルス幅変換装置１Ｃにおいても、透過型回折格子２０から出力される出力光パルスＰｏは、波長によらず出射角が一定であり、各波長成分の主光線が一致している。出力光パルスＰｏは、入力光パルスＰｉに対して周波数領域で２次以上の分散が付与されたものであり、入力光パルスＰｉのパルス幅と異なるパルス幅を有する。
【００５４】
特に、このパルス幅変換装置１Ｃでは、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれにおいて機能化ブロック４６が設けられていることにより、小さい設置面積であるにも拘わらず、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれにおいて透過型回折格子２０からの光出力から透過型回折格子２０への光入力までの光路長を長くすることができる。これにより、入力光パルスＰｉに対して付与される周波数領域における分散量を大きくすることができて、入力光パルスＰｉに対する出力光パルスＰｏのパルス幅の圧縮または伸展の量を大きくすることができる。例えば、５ｃｍ×４.４ｃｍの設置面積の機能化ブロック４６に入射した光束を内部全反射で３回半ほど周回させることで、その光を５０ｃｍの距離だけ伝播させた後に出射することが可能である。
【００５５】
図６は、パルス幅変換装置１Ｄの構成を示す図である。この図に示されるパルス幅変換装置１Ｄは、分光素子１０としての透過型回折格子２０、第２光学系１２の構成要素としての直角プリズム４０、ならびに、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれの構成要素としての機能化ブロック４７を備える。図２に示されたパルス幅変換装置１Ａの構成と比較すると、この図６に示されるパルス幅変換装置１Ｄは、反射鏡４１〜４３に替えて機能化ブロック４７を備える点で相違する。
【００５６】
機能化ブロック４７は、透過型回折格子２０から入出射面４７ａに到達した光を内部に入力して、その光を内壁面で複数回全反射させた後、入出射面４７ｂから透過型回折格子２０へ出力する。また、機能化ブロック４７は、透過型回折格子２０から入出射面４７ｂに到達した光を内部に入力して、その光を内壁面で複数回全反射させた後、入出射面４７ａから透過型回折格子２０へ出力する。機能化ブロック４７は、入力される光の波長において透過率が高い材料からなるのが好適であり、例えば石英ガラスからなる。機能化ブロック４７の入出射面４７ａ，４７ｂには反射低減膜が形成されているのが好適である。
【００５７】
このパルス幅変換装置１Ｄにおいても、透過型回折格子２０から出力される出力光パルスＰｏは、波長によらず出射角が一定であり、各波長成分の主光線が一致している。出力光パルスＰｏは、入力光パルスＰｉに対して周波数領域で２次以上の分散が付与されたものであり、入力光パルスＰｉのパルス幅と異なるパルス幅を有する。
【００５８】
また、このパルス幅変換装置１Ｄでも、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれにおいて機能化ブロック４７が設けられていることにより、小さい設置面積であるにも拘わらず、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれにおいて透過型回折格子２０からの光出力から透過型回折格子２０への光入力までの光路長を長くすることができる。これにより、入力光パルスＰｉに対して付与される周波数領域における分散量を大きくすることができて、入力光パルスＰｉに対する出力光パルスＰｏのパルス幅の圧縮または伸展の量を大きくすることができる。
【００５９】
さらに、このパルス幅変換装置１Ｄは、第１光学系１１および第３光学系１３が一体化されていることにより、小型化が容易であり、また、取り扱いも容易である。
【００６０】
図７は、パルス幅変換装置１Ｅの構成を示す図である。この図に示されるパルス幅変換装置１Ｅは、分光素子１０としての透過型回折格子２０、第２光学系１２の構成要素としての直角プリズム４０、ならびに、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれの構成要素としての機能化ブロック４８を備える。図２に示されたパルス幅変換装置１Ａの構成と比較すると、この図７に示されるパルス幅変換装置１Ｅは、反射鏡４１〜４３に替えて機能化ブロック４８を備える点で相違する。
【００６１】
機能化ブロック４８は、透過型回折格子２０に対してオプティカルコンタクトにより接合されていて、透過型回折格子２０とともに一体化されている。機能化ブロック４８は、透過型回折格子２０から出力された光を内部に入力して、その光を内壁面で複数回全反射させた後、透過型回折格子２０へ出力する。機能化ブロック４８は、入力される光の波長において透過率が高い材料からなるのが好適であり、例えば石英ガラスからなる。機能化ブロック４８の内壁面における反射の際に、光束の入射角が全反射角以下である場合には、対象となる面に適切な反射膜が形成されているのが好適である。
【００６２】
このパルス幅変換装置１Ｅにおいても、透過型回折格子２０から出力される出力光パルスＰｏは、波長によらず出射角が一定であり、各波長成分の主光線が一致している。出力光パルスＰｏは、入力光パルスＰｉに対して周波数領域で２次以上の分散が付与されたものであり、入力光パルスＰｉのパルス幅と異なるパルス幅を有する。
【００６３】
また、このパルス幅変換装置１Ｅでも、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれにおいて機能化ブロック４８が設けられていることにより、小さい設置面積であるにも拘わらず、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれにおいて透過型回折格子２０からの光出力から透過型回折格子２０への光入力までの光路長を長くすることができる。これにより、入力光パルスＰｉに対して付与される周波数領域における分散量を大きくすることができて、入力光パルスＰｉに対する出力光パルスＰｏのパルス幅の圧縮または伸展の量を大きくすることができる。
【００６４】
さらに、このパルス幅変換装置１Ｅは、分光素子１０（透過型回折格子２０），第１光学系１１および第３光学系１３が一体化されていることにより、小型化が容易であり、また、取り扱いも容易である。
【００６５】
図８は、パルス幅変換装置１Ｆの構成を示す図である。この図に示されるパルス幅変換装置１Ｆは、分光素子１０としての透過型回折格子２０、第２光学系１２の構成要素としての直角プリズム４０およびプリズム４９、ならびに、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれの構成要素としての機能化ブロック４８を備える。図７に示されたパルス幅変換装置１Ｅの構成と比較すると、この図８に示されるパルス幅変換装置１Ｆは、プリズム４０を更に備える点で相違する。
【００６６】
プリズム４０は、透過型回折格子２０に対してオプティカルコンタクトにより接合され、また、直角プリズム４０に対してもオプティカルコンタクトにより接合されている。プリズム４０は、入力される光の波長において透過率が高い材料からなるのが好適であり、例えば石英ガラスからなる。これにより、直角プリズム４０の入出射面の反射低減膜は省略しても好適に動作可能となる。ただし、直角プリズム４９における入力光パルスＰｉおよび出力光パルスＰｏの入出射面には反射低減膜が形成されているのが好適である。
【００６７】
このパルス幅変換装置１Ｆにおいても、透過型回折格子２０から出力される出力光パルスＰｏは、波長によらず出射角が一定であり、各波長成分の主光線が一致している。出力光パルスＰｏは、入力光パルスＰｉに対して周波数領域で２次以上の分散が付与されたものであり、入力光パルスＰｉのパルス幅と異なるパルス幅を有する。
【００６８】
また、このパルス幅変換装置１Ｆでも、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれにおいて機能化ブロック４８が設けられていることにより、小さい設置面積であるにも拘わらず、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれにおいて透過型回折格子２０からの光出力から透過型回折格子２０への光入力までの光路長を長くすることができる。これにより、入力光パルスＰｉに対して付与される周波数領域における分散量を大きくすることができて、入力光パルスＰｉに対する出力光パルスＰｏのパルス幅の圧縮または伸展の量を大きくすることができる。
【００６９】
さらに、このパルス幅変換装置１Ｅは、分光素子１０（透過型回折格子２０），第１光学系１１，第２光学系１２および第３光学系１３が一体化されていることにより、小型化が容易であり、また、取り扱いも容易である。
【００７０】
図９は、パルス幅変換装置１Ｇの構成を示す図である。この図に示されるパルス幅変換装置１Ｇは、分光素子１０としての反射型回折格子３０、第２光学系１２の構成要素としての直角プリズム４０、ならびに、第１光学系１１および第３光学系１３それぞれの構成要素としての反射鏡４１〜４３を備える。図２に示されたパルス幅変換装置１Ａの構成と比較すると、この図９に示されるパルス幅変換装置１Ｇは、透過型回折格子２０に替えて反射型回折格子３０を備える点で相違する。
【００７１】
反射型回折格子３０は、図１０に示されるように、第１の側から一定の入射角で入射した光Ｐｉ１を分光して、第１の側へ波長に応じた出射角で各波長成分の光Ｐｏ１を出力することができ、また、第２の側から一定の入射角（回折面の法線に対して光Ｐｉ１の入射方向と対称関係にある）で入射した光Ｐｉ２を分光して、第２の側へ波長に応じた出射角で各波長成分の光Ｐｏ２を出力することができる。例えば、光の中心波長が１０３０ｎｍであるとする。反射型回折格子３０の刻線本数が１２５０本／ｍｍであるとする。このとき、入射角５０°で入射した波長１０３０ｎｍの光を回折角３１°で出射することができる。ただし、反射型回折格子３０は、入射角と出射角（回折角）とが互いに等しいリトロー配置をとることができない。
【００７２】
図９に示されるパルス幅変換装置１Ｇでは、入力光パルスＰｉは、反射型回折格子３０へ一定の入射角で入力されて、反射型回折格子３０により波長毎に分光される。反射型回折格子３０により分光された各波長成分の光は、反射型回折格子３０から当該波長に応じた出射角で出力され、反射鏡４１，４２，４３により順次に反射された後、反射型回折格子３０へ波長に応じた入射角で入力されて、反射型回折格子３０から一定の出射角で出力される。反射型回折格子３０から出力される各波長成分の光は、一定の出射角であるものの、反射型回折格子３０上の当該波長に応じた位置から出力され、空間的に分離されている。
【００７３】
反射型回折格子３０から一定の出射角で出力された各波長成分の光は、直角プリズム４０により光路が折り返され、反射型回折格子３０へ一定の入射角で入力されて、反射型回折格子３０から波長に応じた出射角で出力され、反射鏡４３，４２，４１により順次に反射された後、反射型回折格子３０へ波長に応じた入射角で入力される。反射型回折格子３０へ波長に応じた入射角で入力された光は、反射型回折格子３０により合波されて、反射型回折格子３０から出力光パルスＰｏとして出力される。
【００７４】
反射型回折格子３０から出力される出力光パルスＰｏは、波長によらず出射角が一定であり、各波長成分の主光線が一致している。出力光パルスＰｏは、入力光パルスＰｉに対して周波数領域で２次以上の分散が付与されたものであり、入力光パルスＰｉのパルス幅と異なるパルス幅を有する。
【００７５】
次に、本実施形態に係るパルス幅変換装置および光増幅装置を備える光増幅システムの実施形態について説明する。本実施形態に係る光増幅システムは、光パルスを光増幅する光増幅装置と、この光増幅装置により光増幅された光パルスのパルス幅を圧縮して該光パルスを出力するパルス幅変換装置と、を備えるものであって、例えば、超短パルスレーザ光源やＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）等においてパルス幅変換装置をも備える構成のものである。本実施形態に係るパルス幅変換装置１，１Ａ〜１Ｇは、小型化が容易であるので、超短パルスレーザ光の分散を補償する装置としての使用が有用である。特に、図１１に示されるような超短パルスファイバレーザ装置への適用が有効である。
【００７６】
図１１は、本実施形態に係る光増幅システム３の構成を示す図である。この図に示される光増幅システム３は、励起ＬＤ５０、ＬＤ導光ファイバ５１、光カプラ５２、Ｙｂドープ光ファイバ５３、コリメートレンズ５４、λ／４板５５、λ／２板５６、偏光ビームスプリッタ５７、ファラデー回転子５８、λ／２板５９、偏光ビームスプリッタ６０、反射鏡６１、λ／４板６２、集光レンズ６３、単一モード光ファイバ６４、および、図８に示されたパルス幅変換装置１Ｆを備える。
【００７７】
この光増幅システム３は、励起ＬＤ（Laser Diode）５０から出力される励起光によりＹｂドープ光ファイバ５３を励起することで、モードロックパルス発振する。励起ＬＤ５０の前端面とＬＤ導光ファイバ５１とは互いに光学的に結合されている。ＬＤ導光ファイバ５１は、長さが３.２ｍであり、ファイバブラッググレーティング構造を有している。ＬＤ導光ファイバ５１のブラッググレーティングと励起ＬＤ５０の後端面とにより外部共振器が形成されていて、ブラッググレーティングの周期に応じた波長９７６ｎｍの励起光が連続波として４００ｍＷで出力される。
【００７８】
この励起光は、光カプラ５２を経て、長さ０.８ｍの単一モードのＹｂドープ光ファイバ５３に供給され、添加されているＹｂイオンを励起する。この励起により、Ｙｂドープ光ファイバ５３において放出光が発生する。この放出光は、Ｙｂドープ光ファイバ５３から出射された後、コリメートレンズ５４によって平行光として空間へ取り出され、λ／４板５５およびλ／２板５６により所定の偏光状態に変換されて、偏光ビームスプリッタ５７に入射される。
【００７９】
偏光ビームスプリッタ５７に入射された光の一部は、偏光ビームスプリッタ５７により反射されて分岐され取り出される。偏光ビームスプリッタ５７を透過して光共振器内に留まった光は、ファラデー回転子５８、λ／２板５９および偏光ビームスプリッタ６０によって形成されるファラデーアイソレータを通過した後、パルス幅変換装置１Ｆによりパルス幅を変換される。
【００８０】
パルス幅変換装置１Ｆによりパルス幅を変換されて出力された光は、反射鏡６１により反射され、λ／４板６２により所定の偏光状態へ変換され、集光レンズ６３により集光されて、長さ１.２ｍの単一モード光ファイバ６４へ入射される。単一モード光ファイバ６４へ入射された光は、光カプラ５２を経て、Ｙｂドープ光ファイバ５３に入力される。
【００８１】
このように、本実施形態に係る光増幅システム３は、リング型の光共振器を有していて、その光共振器内のＹｂドープ光ファイバ５３において誘導放出を起こさせ、その誘導放出光の一部を偏光ビームスプリッタ５７から外部へ出力する。また、本実施形態に係る光増幅システム３は、本実施形態に係るパルス幅変換装置（特にパルス幅変換装置１Ｆ）をも光共振器内に備えている。
【００８２】
本実施形態に係る光増幅システム３において、モードロック発振を実現するためには、レーザ共振器の分散を調整する必要がある。一般に、光ファイバを通過する光には大きな分散が与えられるので、このような大きな分散を補償するための素子が必要となる。特に、１３００ｎｍ以下の波長域では、透過率の高い光学材料の全てが正分散を示すため、１３００ｎｍ以下の波長の超短光パルスをファイバレーザで生成する場合には、特別に設計された負分散光学系が必要となる。
【００８３】
従来、このような負分散光学系は、プリズム対や回折格子対にもとづくパルス圧縮装置が用いられていたが、ファイバレーザ全体に占める大きさの割合が高く、小型化の妨げとなっていた。また、近年、フォトニック結晶ファイバを用いた負分散光学系も用いられるようになってきたが、設計が困難であり、条件に対する柔軟性に乏しく、高額で、調整が困難である、という問題があった。
【００８４】
本実施形態に係る光増幅システム３は、光共振器内に負分散光学系として本実施形態に係るパルス幅変換装置（特にパルス幅変換装置１Ｆ）を備えている。パルス幅変換装置１Ｆは、通常の回折光学を用いて設計を行うことが可能で、条件の変化に対しては、例えば機能化ブロック４８の大きさを変更することで対応し、小型化可能であって安価であり、入射光に対する調整を容易に行うことができる。
【００８５】
例えば、機能化ブロック４８の一辺が２.８ｍｍであるので、パルス幅変換装置１Ｆは、センチメートル大に収まり、光増幅システム３全体に占める大きさの割合が問題にならないほど小型である。この構成により、光増幅システム３は、モードロック動作により、波長帯域１０１０ｎｍ〜１０５０ｎｍ、パルス幅１.３ｐｓの光パルスを平均出力１３０ｍＷ、繰り返し４０ＭＨｚで出射することができる。さらに、偏光ビームスプリッタ５７からの出射光は正チャープしたパルスであるので、この出射光のパルス幅を本実施形態に係るパルス幅変換装置により圧縮することで、５０ｆｓまで短パルス化された出射光を得ることができる。
【００８６】
以上で詳細に説明した本実施形態に係るパルス幅変換装置は、以下のような効果を奏することができる。従来のものと比較すると、本実施形態に係るパルス幅変換装置は、回折格子の必要個数が削減され、また、回折格子の小型化が可能である。
【００８７】
図１５に示されたパルス幅変換装置２Ｄでは、直角プリズム４０により光路を折り返すことにより、光路が近接して平行となる部分が多数出現するので、光学素子の幾何学的な干渉に因り小型化することが困難である。これに対し、本実施形態に係るパルス幅変換装置は、近接した光路が平行でないので、光学素子やマウントの幾何学的な干渉が緩和される。
【００８８】
回折格子の必要個数の削減および幾何学的な干渉の低減により、パルス幅変換装置を構成するために必要とされる設置面積を小さくできる。これにより、パルス幅変換装置のコンパクトな配置が実現できる。
【００８９】
パルス幅変換装置は、何らかの形で、高強度超短パルスレーザ装置の最終段に配置することが不可避な装置である。よって、パルス幅変換装置の小型化は、高強度超短パルスレーザ装置全体の小型化に寄与することができる。
【００９０】
パルス幅の変化量を調整するためには、分光された部分の光軸長を変化させる機構が必要となる。本実施形態では、回折格子への光の入射角を複数利用しているので、光路長変化機構の向きも複数の選択が可能となり、設計の自由度が増す。
【００９１】
また、本実施形態に係るパルス幅変換装置は、透過型回折格子および反射型回折格子の何れを用いてもよいが、透過型回折格子を用いる場合には以下のような効果を奏することができる。
【００９２】
透過型回折格子は、入射角（入射光と回折格子面の法線とがなす角）と回折角（回折光が回折格子面の法線とがなす角）とが互いに等しくなるような構成（リトロー配置）をとることができる。他方、反射型回折格子は、入射光および回折光それぞれの光路が互いに重なってしまうので、リトロー配置が不可能となる。このことから、一般に、透過型回折格子は、反射型回折格子と比較して、高い回折効率を有する設計が可能となる。
【００９３】
例えば、波長１０３０ｎｍの光に対して、９６％の回折効率を有する透過型回折格子が製作可能である。一方で、金属蒸着型の反射型回折格子の回折効率は、市場における高品質な素子の典型値で９２％程度である。本実施形態においては、回折格子に光が４回入射するので、パルス幅変換装置全体の光利用効率は、回折効率の４乗に比例する。上記９６％、９２％をそれぞれ４乗すると、８５％、７２％となる。このことから、透過型回折格子を用いた構成のほうが有効であることがわかる。
【００９４】
反射型回折格子に入射した光のうち、回折しなかった成分（光損失）の一部は、回折格子の金属蒸着面で吸収され、発熱の原因となる。この発熱は、平均出力が大きい高繰り返し超短パルスレーザ増幅器のパルス幅変換器に用いる際に、大きな問題となる。特に、一般的な価格で入手可能で通常使用される反射型回折格子は、金属蒸着膜の下地面が樹脂で作成されており、熱的な影響が大きい。熱的な影響は、回折面の歪みを引き起こし、回折効率の減少や、回折光の波面歪み等、レーザ光の品質低下を招く。これに対し、透過型回折格子は、光損失の大部分が基板に吸収されることなく、透過または散乱光となるので、基板の発熱が抑制される。また、透過型回折格子の場合は、全石英ガラス製の基板も安価に入手可能であり、発熱に対する基板の歪みも小さい。
【００９５】
石英ガラス製の透過型回折格子は、金属蒸着の反射型回折格子に比べ、損傷閾値が数桁高い。よって、透過型回折格子を用いる場合、超短パルスレーザ増幅器の出射光の尖頭出力（ピークパワー）が大きいものに対して、有効なパルス幅変換装置を構成できる。
【００９６】
図３に示されるように、透過型回折格子は、基板の両側の空間に光路を設定できる。他方、図１０に示されるように、反射型回折格子は、基板に対して、一方の空間しか利用できない。このことから、反射型回折格子を用いて実際の光学系を構成すると、光学素子やマウントの幾何学的な干渉により、系の小型化が制限される。本実施形態に係るパルス幅変換装置の小型化を図る上でも、透過型回折格子を用いるほうが、より有効である。さらに、石英ガラス製の透過型回折格子の損傷閾値が高いという性質を用いると、パルス幅変換器に入射させるレーザビームの断面を小さくすることが可能となる。よって、小型光学素子を選定できるので、系の小型化をさらに推進できる。
【符号の説明】
【００９７】
１，１Ａ〜１Ｇ，２Ａ〜２Ｄ…パルス幅変換装置、３…光増幅システム、１０…分光素子、１１…第１光学系、１２…第２光学系、１３…第３光学系、２０〜２４…透過型回折格子、３０〜３４…反射型回折格子、４０…直角プリズム、４１〜４３…反射鏡、４４…直角プリズム、４５…可動ステージ、４６〜４８…機能化ブロック、４９…プリズム、５０…励起ＬＤ、５１…ＬＤ導光ファイバ、５２…光カプラ、５３…Ｙｂドープ光ファイバ、５４…コリメートレンズ、５５…λ／４板、５６…λ／２板、５７…偏光ビームスプリッタ、５８…ファラデー回転子、５９…λ／２板、６０…偏光ビームスプリッタ、６１…反射鏡、６２…λ／４板、６３…集光レンズ、６４…単一モード光ファイバ、Ｐ１…第１光路、Ｐ２…第２光路、Ｐ３…第３光路、Ｐ４…第４光路、Ｐ５…第５光路、Ｐ６…第６光路、Ｐ７…第７光路、Ｐ８…第８光路、Ｐｉ…入力光パルス、Ｐｏ…出力光パルス。
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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