(57)【要約】【課題】本発明は、新しい共鳴維持機構を持つ大強度レーザー蓄積システムを提供する。【解決手段】リング光共振器の中を互いに逆回りに周回するモードロックレーザーのうち、片方のレーザーだけを増幅してリング光共振器に蓄積させ、もう片方のレーザーは増幅させないでリング光共振器の共鳴維持のために用いることを特徴とする大強度レーザー蓄積システムの構成とした。【選択図】図３
2014187281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振器と、レーザーをバースト増幅するバースト増幅器と、バースト増幅レーザーを蓄積するリング光共振器と、前記レーザー発振器と前記バースト増幅器の間に連結されて配置されたビームスプリッターと、前記ビームスプリッターと前記リング光共振器の間に連結されて配置された電気光学変調器と、該電気光学変調器による変調レーザーに基づいてエラー信号を生成するフィードバック制御系を介してリング光共振器の共鳴維持を行う共鳴維持機構と、を備えており、
前記レーザー発振器から供給されるレーザーを前記ビームスプリッターに導き、該ビームスプリッターにより分岐し、
該分岐されたレーザーの片方を前記バースト増幅器に導き、該バースト増幅器により増幅し、該増幅レーザーを前記リング光共振器の入射ミラー１に導き、該光共振器に導入及び蓄積する一方、
もう片方の分波レーザーを前記電気光学変調器に送り、該電気光学変調器により強度変調し、これを前記リング光共振器の入射ミラー１に導き、該光共振器に導入し、更に、
前記共鳴維持機構が、前記リング光共振器の入射ミラー１に導かれた強度変調レーザーを該入射ミラー１で反射させたレーザーと、該入射ミラー１を透過させて該光共振器に入れ再び該入射ミラー１を透過させて光共振器の外に取り出したレーザーと、を２入力とする前記フィードバック制御系に入れ、該２入力のレーザーに基づいてフィードバック制御系により作られるエラー信号に応じて前記リング光共振器及び又は前記レーザー発振器をチューニングすることを特徴とする大強度レーザー蓄積システム。
【請求項２】
前記外部共振器が、高反射率を有する少なくとも１対のミラーを配置する４鏡光共振器であることを特徴とする請求項１に記載の大強度レーザー蓄積システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新しい共鳴維持機構を持つ大強度レーザー蓄積システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザーコンプトン散乱を利用した高輝度Ｘ線発生の研究開発が注目されている。レーザーコンプトン散乱とは、パルスレーザー光と電子ビームとの衝突によってＸ線等の放射線が発生することである。レーザーコンプトン散乱を行うためには１パルス当たりのレーザー強度（パルス強度）が非常に高いレーザーと高輝度電子ビームが必要である。しかし、パルス強度の高いレーザーの製造は、下記に述べるように非常に困難であった。
【０００３】
従来、レーザーを蓄積させる手段として光共振器が知られている。光共振器は、通常、レーザー光を向かい合う共振鏡によって反射させながら共振鏡面上のレーザー干渉によって増幅するレーザー増幅手段であり、共振鏡の反射率に依存して増幅レーザーの蓄積を調整できる。光共振器には、リング形状のファブリペロ型共振器や反射鏡を持つマイケルソン干渉計型共振器、フォックス・スミス干渉計型共振器、マッハツェンダー干渉計型共振器等が知られている。
【０００４】
光共振器によるレーザー増幅の原理は、共振器長がレーザー光の半波長の整数倍に合致する条件が満足されることによって行われることである。これを定在波が立つという。定在波の共鳴幅は、共振鏡の反射率で決まるので、高増幅倍率を得ようとして高反射率の鏡を使用するほど狭くなっていく。例えば、仮に、反射率９９.９％の反射鏡を用いて増幅率１０００倍の光共振器を想定した場合、共鳴幅は、２４ｋHz、共鳴位置にして約１Å（１０−１０ｍ）であるので、振動等の環境の擾乱で簡単に共鳴状態が失われる。レーザー共鳴状態を維持するためには、共振鏡をピエゾ駆動にし、高度なフィードバック制御を行うことが必要であるが、従来の光共振器は、機械的な制御の限界上、安定に共鳴を維持できる技術的限界は、増幅率１０００倍程度であるとされている。
【０００５】
例えば、市販の大強度モードロック発振器（出力５０Ｗ、パルス長１０psec/pulse、波長１０６４ｎｍ、繰り返し１５０ＭＨｚ）と従来の光共振器を用いて該光共振器にレーザーを増幅・蓄積した場合、蓄積レーザーのパルス強度は、１００μＪ程度が限界であった。大強度モードロック発振器は、非常に高価であることと、例え、大強度モードロック発振器のレーザーを従来の光共振器に定常的に増幅・蓄積したとしても、光共振器のミラー上でのレーザーエネルギーロスが、通常、１００ｐｐｍ程度あるので、ミラーの熱変形によって光共振器の共鳴状態が不安定になり、レーザーの入射効率が著しく低下するという問題があった。
【０００６】
これまで、光共振器の共鳴維持に関し多くの方法が提案されている（特許文献1−５）。
【０００７】
特許文献１は、レーザー光源１からのレーザー光を変調器３により周波数変調し、一方、リファレンス共振器に相当する周波数弁別装置６により変調器３からの周波数変調レーザーを所定の共振周波数で共振させ、これら二つの周波数差から発生させた誤差信号に基づいてレーザー光源１の発振周波数を安定化する方法を開示している。
【０００８】
特許文献２は、シングルモードレーザー発振器からのレーザー光を位相変調器により位相変調し、この位相変調された光を光リング共振器４に入力後、同じ位置で光リング共振器から取り出したレーザー光に基づいてエラー信号を作り、このエラー信号に応じて光リング共振器４に備えたピエゾ素子９を駆動させ光リング共振器全体の光ファイバ長を調整することによる光リング共振器の共振安定化方法を開示している。
【０００９】
特許文献３は、内部光路にビームスプリッターと複数の反射鏡とリファレンス共振器を配置するマッハツェンダー干渉計を用い、レーザー発振器からのレーザーをビームスプリッターにより二つのレーザー光に分離し、片方のレーザー光をリファレンス共振器を介して検出モジュールに入れ、一方、もう片方のレーザー光も検出モジュールに入れ、検出モジュールによりリファレンス共振器の周波数とレーザー発振器との周波数差を表す誤差信号を発生させ、これをリファレンス共振器及び又はレーザー発振器のチューニング信号として用いる光同期法を開示している。
【００１０】
特許文献４は、フーリエドメインモードロッキング（FDML）操作の安定性向上のために、フィルター同期、レーザーゲインの同期、偏光の同期、楕円偏光の遅延特性の同期、散乱の同期、等を行うことによる制御システムを開示している。該制御システムは、FDMLキャビティーの内部又は外部に設けることができることを開示している。
【００１１】
特許文献５は、光共振器内の周回レーザーを格子に入射させる時の入射角を調整することによって、光共振器内に設けた複数の共振ミラーの動作を調整し、それによって、該共振ミラー間に形成される光路を制御することを開示している。
【００１２】
しかし、上記の特許文献に開示された方法は、幾つかの問題点を内含していた。第１の問題点は、前記に述べたように従来の共振器の共鳴を維持できる増幅倍率は１０００倍程度が限界であるために大強度レーザーの蓄積が困難であった。第２の問題点は、従来の共振器は、共振鏡のレーザー損傷により大強度レーザーの蓄積が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平８−２０４２７５号公報
【特許文献２】特開平１０−１２５９８３号公報
【特許文献３】特公表２０１１−５１４００９号公報
【特許文献４】米国特許公開２０１３−００５８３６４号公報
【特許文献５】米国特許公開２０１３−００６４２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、新しい共鳴維持機構を持つ大強度レーザー蓄積システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者等は、上記の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、リング光共振器にレーザーパルスを蓄積させ、リング光共振器の中を互いに逆回りに周回するレーザーパルスのうち、片方のレーザーは増幅させるが、もう片方のレーザーは増幅させないでリング光共振器の共鳴制御のために用いることが有効であることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１６】
すなわち、本発明は、
１．レーザー発振器と、レーザーをバースト増幅するバースト増幅器と、バースト増幅レーザーを蓄積するリング光共振器と、前記レーザー発振器と前記バースト増幅器の間に連結されて配置されたビームスプリッターと、前記ビームスプリッターと前記リング光共振器の間に連結されて配置された電気光学変調器と、該電気光学変調器による変調レーザーに基づいてエラー信号を生成するフィードバック制御系を介してリング光共振器の共鳴維持を行う共鳴維持機構と、を備えており、
前記レーザー発振器から供給されるレーザーを前記ビームスプリッターに導き、該ビームスプリッターにより分岐し、
該分岐されたレーザーの片方を前記バースト増幅器に導き、該バースト増幅器により増幅し、該増幅レーザーを前記リング光共振器の入射ミラー１に導き、該光共振器に導入及び蓄積する一方、
もう片方の分波レーザーを前記電気光学変調器に送り、該電気光学変調器により強度変調し、これを前記リング光共振器の入射ミラー１に導き、該光共振器に導入し、更に、
前記共鳴維持機構が、前記リング光共振器の入射ミラー１に導かれた強度変調レーザーを該入射ミラー１で反射させたレーザーと、該入射ミラー１を透過させて該光共振器に入れ再び該入射ミラー１を透過させて光共振器の外に取り出したレーザーと、を２入力とする前記フィードバック制御系に入れ、該２入力のレーザーに基づいてフィードバック制御系により作られるエラー信号に応じて前記リング光共振器及び又は前記レーザー発振器をチューニングすることを特徴とする大強度レーザー蓄積システムの構成とした。
２．前記外部共振器が、高反射率を有する少なくとも１対の反射鏡を配置する４鏡光共振器であることを特徴とする前記１に記載の大強度レーザー蓄積システムの構成とした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、リング光共振器の中を互いに逆回りするモードロックレーザーのうち、片方のレーザーはバースト増幅器により増幅させてリング光共振器に蓄積させるが、もう片方のレーザーは増幅させないでリング光共振器の共鳴維持のために用いる全く新しい大強度レーザーパルスを蓄積するシステムである。本発明は、片方のレーザーだけをバースト増幅器により約１万倍程度乃至それ以上増幅し、リング光共振器に蓄積させるが、もう片方のレーザーは、増幅させないで定常的にリング光共振器の共鳴維持を行うために用いるので、リング光共振器の共鳴制御を共鳴位置にして約０.１Å以下で行うことが可能であり、また、リング光共振器のミラーの熱変形やレーザー損傷等をＣＷレーザー蓄積に比べて千分の１以下に低減することが可能であるので、その結果、リング光共振器に１ｍＪ以上のパルス強度を有する大強度レーザーの蓄積が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一つを説明する概略図である。
【図２】本発明の一つを説明する概略図である。
【図３】本発明の一つを説明する概略図である。
【図４】本発明で用いる共鳴制御の結果を示す一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を参照しつつ本発明の一側面を実施形態（以下、「本実施形態」とも表記する）として詳細に説明する。
【実施例】
【００２０】
図１に示すように、本発明は、レーザー発振器(1)と、レーザーをバースト増幅するバースト増幅器(2)と、バースト増幅レーザーを蓄積するリング光共振器(3)と、前記レーザー発振器と前記バースト増幅器の間に連結されて配置されたビームスプリッター(4)と、ビームスプリッター(4)とリング光共振器(3)の入射ミラー１(11)との間に連結されて配置された電気光学変調器(5)と、電気光学変調器(5)により変調されたレーザー(9)に基づいてエラー信号を生成するフィードバック制御系(6)を介してリング光共振器の共鳴維持を行う共鳴維持機構と、を備えており、レーザー発振器(1)からのレーザーをビームスプリッター(4)に導き、ビームスプリッター(4)により分岐し、該分岐レーザーのうち片方のレーザー(8)だけをバースト増幅器(2)に導き、バースト増幅器(2)により増幅し、該増幅レーザー(10)をリング光共振器(3)の入射ミラー１(11)に送り、該入射ミラー１(11)を透過させて該光共振器(3)に蓄積させる一方、共鳴維持機構が、ビームスプリッター(4)により分岐されたもう片方のレーザー (7)だけを電気光学変調器(5)に送り、電気光学変調器(5)により強度変調し、該強度変調されたレーザー(9)をミラー系（図は省略）を介してリング光共振器(3)の入射ミラー１(11)に導き、該入射ミラー１(11)で反射させたレーザー(13)と、及び、該入射ミラー１(11)を透過させてリング光共振器(3)に入れ再び該入射ミラー１(11)を透過させてリング光共振器の外に取り出したレーザー(14)と、をフィードバック制御系(6)に入れ、これら二つのレーザーに基づいてフィードバック制御系(6)により作られるエラー信号に応じて前記リング光共振器及び又は前記レーザー発振器をチューニングすることを特徴とする大強度レーザー蓄積システムである。
【００２１】
本発明で用いられるレーザー発振器は、リング光共振器に光を供給するレーザー光源として用いられる、例えば、レーザーダイオード励起レーザー発振器、ファイバレーザー発振器、光共振器とファイバレーザー増幅器を連結する光周回路を持つモードロックレーザー発振器、等を用いることができるが、これらに限定するものではない。本発明では、レーザー発振器から供給される１０６４ｎｍのレーザーを用いている。
【００２２】
本発明におけるバースト増幅器とは、レーザー発振器から出射されるレーザーを一瞬にして飛躍的に高い増幅、例えば、１万倍程度の増幅、を行うことができる増幅器のことである。該バースト増幅器としては、例えば、増幅を段階的に行うことができる非循環型の多段ファイバレーザー増幅器、多段レーザーダイオード励起固体レーザー発振器、等の従来のレーザー増幅手段を用いることができるが、これらに限定するものではない。
【００２３】
本発明で用いるリング光共振器は、バースト増幅器により生成させる大強度レーザーを蓄積させる光共振器である。該リング光共振器の内部には、モードロックによって、互いに逆回りに周回するレーザーパルスが蓄積されている。該レーザーパルスは、ピコ秒の時間幅を持つ短パルスレーザーである。該リング光共振器は、周回光路中の微粒子によるレーザー散乱を防止するために真空下に置くのが好ましい。この真空度は、１０−６Ｐａ以下であるのが好ましい。該リング光共振器としては、図１に示すような２個のミラーを配置する光共振器を用いることができるが、強度変調レーザーを導入するポートと、増幅レーザーを導入するポートと、フィードバック制御信号を導入するポートと、必要に応じて該光共振器の中を周回するレーザーをモニターするポートを備えるので、少なくとも４個のミラーを配置する４鏡光共振器であるのが好ましい。４個のミラーのうち少なくとも１対のミラーとしては、大強度レーザーを蓄積するために高反射率を有するミラーを用いるのが好ましい。このミラーとしては、通常、反射率が９９.９９％以上１００％未満のミラーを用いる。ミラーの反射率を９９.９９％以上にするのは、リング光共振器に１ｍＪ以上のパルス強度を有する大強度レーザーを蓄積するためである。反射率を１００％未満にするのは、一部のレーザーをミラー透過させて光共振器に入れるためである。
【００２４】
前記レーザー発振器から供給されるレーザーは、ビームスプリッターにより分岐する。該ビームスプリッターとしては、従来のビームスプリッターを用いることができる。
【００２５】
前記ビームスプリッターにより分岐された二つのレーザーのうち、片方のレーザーに電気光学変調器を用いて数ＭＨｚの強度変調を行う。この強度変調周波数は、数百ＭＨｚのモードロック繰り返し周波数に数ＭＨｚの強度変調を加えると高周波ミキサーによって容易に数ＭＨｚの共鳴エラー信号に変換できるので、数ＭＨｚであることが好ましい。該電気光学変調器としては、従来の電気光学強度変調器を用いることができる。該電気光学変調器として、位相変調を行う電気光学変調器を用いても同様の実施が可能である。それは、本発明で用いるリング光共振器の入射ミラーにコートされた誘電体多層膜上で入射レーザーパルスと蓄積されているレーザーパルスが重なる時、位相又は強度の不一致があれば、その不一致を反映した反射波と透過波を後述のフィードバック制御経路に入れることにより、該フィードバック制御経路の中でエラー信号を作ることができるからである。
【００２６】
次に、電気光学変調器(5)により強度変調されたレーザー(9)をリング光共振器の入射ミラー1（11）に導き、該入射ミラー1（11）で反射されたレーザーをフィードバック制御系に入れるのであるが、電気光学変調器(5)により強度変調されたレーザー(9)をリング光共振器(3)の入射ミラー1(11)に導き、その一部を入射ミラー1(11)により反射させ、残りのレーザーを入射ミラー1(11)を透過させてリング光共振器(3)に入れ、この強度変調されたレーザーがリング光共振器(3)の中を周回している間に、そのうちの一部を再び入射ミラー1(11)を通過させて外に取り出すことができるので、このリング光共振器(3)から取り出されたレーザー(14)と、入射ミラー1(11)により反射された強度変調レーザー(13)をフィードバック制御系(6)に入れ、該フィードバック制御系(6)によりエラー信号を生成することができる。
【００２７】
一方、電気光学変調器に送らなかったレーザー(8)をバースト増幅器(2)により増幅し、該増幅レーザー(10)をリング光共振器(3)の入射ミラー1(11)に導き、入射ミラー1(11)を透過させてリング光共振器(3)に入れるのであるが、この増幅レーザーは、電気光学変調器(5)により強度変調されたレーザーを入射ミラー1(11)に入射させる角度と異なる角度で入射ミラー1(11)に入射させるので、入射ミラー1(11)を透過させてリング光共振器(3)に入る増幅レーザーは、リング光共振器(3)の中を周回する強度変調されたレーザーに全く干渉しない。すなわち、リング光共振器の中を周回する二つのモードロックレーザーのうち、片方のレーザーだけを増幅させ、もう片方のレーザーは増幅させないで定常的にリング光共振器の共鳴維持のためのフィードバック制御信号として用いることができる。また、リング光共振器(3)内にある増幅レーザーは、その一部を入射ミラー１(11)又は他の入射ミラーを透過させて外部に導き、これをバースト増幅器(2)に入れ、更に増幅させて、入射ミラー１(11)に導き、入射ミラー１(11)を介してリング光共振器に入れることができる。
【００２８】
前記フィードバック制御系としては、例えば、［光検波器―ロックインアンプ―サーボアンプ］の回路とその他に各種の演算を行うマイクロプロセッサ、又は演算機能が組み込まれたＦＰＧＡやＡＳＩＣ等のＬＳＩなどが搭載された演算基板を備える制御系を用いることができる。光検波器は、レーザー光を電気信号に変換する手段であり、ロックインアンプは、電気信号からエラー信号を抽出する手段であり、サーボアンプは、電気信号を機械的な駆動信号に変換する手段である。すなわち、強度変調レーザー（ブランク）と及び外部共振器の共鳴状態を反映した強度変調レーザーとを光検波器により電気信号に変換し、これら二つの電気信号に基づいてロックインアンプによりエラー信号を作り、該エラー信号をサーボアンプにより機械駆動信号(15)に変換し該機械駆動信号(15)をリング光共振器(3)の入射ミラー2(12)が備えるピエゾ素子(16)に伝送しピエゾ素子(16)を作動させることによりリング光共振器の共振器長を調整し共鳴維持を行う構成とした。
【００２９】
前記フィードバック制御系では、前記入射ミラー1(11)により反射されたレーザーを光検波器に入れる代わりに電気光学変調器の電気信号をロックインアンプに入れることによってエラー信号を生成し、このエラー信号をサーボアンプにより変換した機械駆動信号を用いてリング光共振器(3)及び又はレーザー発振器(1)の共鳴維持を行うことも可能である。
【００３０】
図２は、リング光共振器として４鏡光共振器を用いる一例を説明する概略図である。該リング光共振器は、４個のミラーを配置した４鏡光共振器(3)であり、４個のミラーのうち少なくとも１対のミラーは、高反射率を有するミラーである。強度変調レーザー(9)が入射ミラー1(17)で反射される反射方向と、入射ミラー1(17)を透過して４鏡光共振器に入ったレーザーが再び入射ミラー1(17)を通過して外に取り出されるレーザーの出射方向とが一致するように配置され、フィードバック制御系(6)に送られる。ミラー(18)は、バースト増幅器により増幅された増幅レーザー(10)を４鏡光共振器(3)に入射させるミラーとして用いることもできるが、この増幅レーザーと電気光学変調器により強度変調されたレーザーとは、光共振器の中を周回する方向が異なるので、干渉し合うことはない。ミラー(18)は、ピエゾ素子(16)を備えているので、フィードバック制御系からの機械駆動信号により作動する。図２には、４個のミラーを配置した４鏡光共振器の例をあげているが、４個のミラーのうち、２個のミラーを凹面鏡とすることもできる。また、２次元４鏡光共振器や３次元４鏡光共振器を用いることも可能である。
【００３１】
前記４鏡光共振器(3)の中を周回するそれぞれのレーザーは、ミラー(20)を透過する方向が互いに異なるので、それぞれのレーザーがミラー(20)を通過する方向にそれぞれのフォトダイオードを配置することにより、それぞれのレーザーを独立にモニターすることができる。また、リング光共振器(3)内にある増幅レーザーは、その一部を入射ミラー１(17)又は他の入射ミラーを透過させて外部に導き、これをバースト増幅器(2)に入れ、更に増幅させて、入射ミラー１(17)に導き、入射ミラー１(17)を介してリング光共振器に入れることができる。
【００３２】
次に、図２に示すシステムを用いてレーザー蓄積を行う。レーザー発振器からの１０６４ｎｍレーザーをビームスプリッター(4)により分岐し、該分岐レーザーの片方(8)を非循環型の多段ファイバレーザー増幅器(2)により約１万倍に増幅し、反射率９９.９９％の入射ミラー(17)を透過させて４鏡光共振器(3)に蓄積する。該バースト増幅は、１秒のうちの１ミリ秒のみがバースト増幅状態にあるように、バースト増幅時間を１００μ秒―１０Ｈｚ運転で１時間運転する。一方、もう片方の分岐レーザー(7)を強度変調器(5)に送り、約３ＭＨｚの変調を加えて入射ミラー１(17)に送り、入射ミラー１(17)で反射されたレーザー(13)、及び、４鏡光共振器の中のレーザーが入射ミラー１(17)を透過して外に出てきたレーザー(14)をフィードバック制御系(6)に入れ、フィードバック制御系(6)により作られる機械駆動信号(15)を４鏡光共振器のミラー(18)に備えるピエゾ素子(16)に伝送し、４鏡光共振器(3)の共振器長を調整することにより共鳴維持を行う。また、４鏡光共振器(3)内にある増幅レーザーは、その一部を入射ミラー１(17)又は他の入射ミラーを透過させて外部に導き、これをバースト増幅器(2)に入れ、更に増幅させて、入射ミラー１(17)に導き、入射ミラー１(17)を介してリング光共振器に入れることができる。４鏡光共振器(3)に蓄積されるレーザーパルスは、ミラー(20)の後方に配設したフォトダイオード(図は省略)によりモニターする。４鏡光共振器(3)には、1ｍJ以上のパルス強度を有するレーザーパルスが蓄積されていることを確認する。この大強度レーザーパルスを蓄積する本発明大強度レーザー蓄積システムは、ここでは、バースト増幅後の入射パワーを１００Ｗとしているので、約１ＭＷのピークパワー（平均パワーは約２１ｋＷ）に相当する大パワーレーザー蓄積システムである。それにもかかわらず、光共振器のミラーの熱変形やレーザー損傷をほとんど受けることなく共鳴維持を長時間安定的に維持することが可能である。このように光共振器のミラーの熱変形やレーザー損傷をほとんど受けることがないのは、光共振器に大強度レーザーパルスが滞在している時間が一秒の内の1ミリ秒であり、ミラーへの熱吸収は平均パワーの１００ｐｐｍ以下であるので２.１Ｗ以下であり（ミラーを殆ど変形させないほどの熱負荷である）、ミラーによる散乱ロスは２００ｐｐｍ以下であるので４.２Ｗ以下である（ミラーにレーザー損傷を殆ど与えることがないほどの熱負荷である）からである。
【００３３】
次に、図３に示すシステムを用いてレーザー蓄積時の共鳴制御を示す。レーザー発振器からの１０６４ｎｍレーザーをビームスプリッター(4)により分岐し、該分岐レーザーの片方(8)を非循環型の多段レーザーダイオード増幅器(2)により約１万倍に増幅し、反射率９９.９９％の入射ミラー(17)を透過させて１対の平面ミラーと１対の凹面ミラーを平面に配置した平面４鏡光共振器(3)に蓄積する。蓄積レーザーのビームサイズは、１対の凹面鏡の中点に於いて極小になる。該バースト増幅は、１秒のうちの１ミリ秒のみがバースト増幅状態にあるように、バースト増幅時間を１００μ秒―１０Ｈｚ運転で１時間運転する。一方、もう片方の分岐レーザー(7)を強度変調器(5)に送り、約３ＭＨｚの変調を加えて入射ミラー１(17)に送り、入射ミラー１(17)で反射されたレーザー(13)、及び、平面４鏡光共振器の中のレーザーが入射ミラー１(17)を透過して外に出てきたレーザー(14)をフィードバック制御系(6)に入れ、フィードバック制御系(6)により作られる機械駆動信号(15)を平面４鏡光共振器のミラー(18)に備えるピエゾ素子(16)に伝送し、平面４鏡光共振器(3)の共振器長を調整することにより共鳴維持を行う。また、平面４鏡光共振器(3)内にある増幅レーザーは、その一部を入射ミラー１(17)又は他の入射ミラーを透過させて外部に導き、これをバースト増幅器(2)に入れ、更に増幅させて、入射ミラー１(17)に導き、入射ミラー１(17)を介してリング光共振器に入れることができる。平面４鏡光共振器(3)に蓄積されるレーザーパルスは、ミラー(20)の後方に配設したフォトダイオード(図は省略)によりモニターする。モニターされた共鳴点に於ける、共鳴制御用信号の波形（13と14の差信号）、強度変調レーザー（１３）(便宜上、逆周回透過光と呼ぶ)の波形、及び光共振器内にある増幅レーザー（便宜上、順周回透過光と呼ぶ）の波形を図４に示す。図４から、逆周回透過光（１３）の共鳴ピーク、順周回透過光の共鳴ピークが、全く同じ位置、全く同じ形で観測されており、ピークの頂点において正負が反転する共鳴制御用信号（13と14の差信号）が生成されていることが確認される。すなわち、従来の共鳴制御法では制御対象となる共振器のミラー位置情報をレーザー強度から得ているために、バースト運転時には光共振器内のレーザーの強度が非常に強くなるので、共鳴制御を継続することが困難であり、そのためバースト増幅時には一時的に共鳴制御を止めることがあったので、レーザー蓄積強度の揺れが非常に大きく、ほぼ１００％の幅で揺れていたのであるが、本発明における共鳴制御機構では増幅にあずからないレーザーを共鳴制御のために用いるので、バースト増幅時においても定常的な共鳴制御が可能であり、レーザー蓄積強度の揺れを約１５％まで改善することが可能であり、その結果、安定したバースト増幅が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、レーザーコンプトン散乱によるＸ線を発生させるレーザー光源や大強度レーザー発振器等に関するものであり、医療用機器、診断機器、材料分析装置、構造解析装置、材料加工等の多くの産業に幅広く利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
A  大強度レーザー蓄積システム
1  レーザー発振器
2  バースト増幅器
3  リング光共振器
4  ビームスプリッター
5  電気光学変調器
6  フィードバック制御系
7  分岐レーザー
8  分岐レーザー
9  強度変調レーザー
10  増幅レーザー
11  入射ミラー1
12  入射ミラー2
13  入射ミラー1によって反射された強度変調レーザー
14  リング光共振器からの強度変調レーザー
15  機械駆動信号
16  ピエゾ素子
17  入射ミラー１
18  ミラー
19  ミラー
20  ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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