(57)【要約】【課題】従来の技術の有する上記した問題点１乃至問題点４を解消しながら、パルスレーザー光のパルスの繰り返し周波数を増加させることができるようにする。【解決手段】誘電体基板の第１の面から上記誘電体基板内に入射されたパルスレーザー光が、上記誘電体基板の上記第１の面に対向する第２の面と上記第１の面とによって多重反射して上記誘電体基板内を往復するのに要する時間が、上記第１の面から入射されたパルスレーザー光の周波数の逆数の整数分の１になるような厚みを有する上記誘電体基板に、上記第１の面からパルスレーザー光を入射し、上記第１の面と上記第２の面との間での多重反射により上記誘電体基板内を往復させるとともに当該往復により到達した上記第１の面から出射させ、時間軸上で元のパルスの間にパルスを櫛状に順次挿入する。【選択図】        図２
2006133347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の第１の面から前記誘電体基板内に入射されたパルスレーザー光が、前記誘電体基板の前記第１の面に対向する第２の面と前記第１の面とによって多重反射して前記誘電体基板内を往復するのに要する時間が、前記第１の面から入射されたパルスレーザー光の周波数の逆数の整数分の１になるような厚みを有する前記誘電体基板に、前記第１の面からパルスレーザー光を入射し、前記第１の面と前記第２の面との間での多重反射により前記誘電体基板内を往復させるとともに該往復により到達した前記第１の面から出射させ、時間軸上で元のパルスの間にパルスを櫛状に順次挿入する
ことを特徴とするパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法。
【請求項２】
請求項１に記載のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法において、
前記パルスレーザー光を前記誘電体基板の前記第１の面に所定の角度で斜めに入射し、前記第１の面と前記第２の面との間での多重反射により前記誘電体基板内を往復する回数が増加するのに従って前記第１の面における反射位置をシフトさせ、前記第１の面の反射率を、前記第１の面から入射されたパルスレーザー光が、前記第１の面と前記第２の面との間での多重反射により前記誘電体基板内を往復する回数が増加するのに従ってシフトする前記第１の面における反射位置毎に順次低くなるように設定する
ことを特徴とするパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法において、
前記誘電体基板の前記第２の面は、反射率１００％の逆分散ミラーコーティングが施されている
ことを特徴とするパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法。
【請求項４】
所定の材料により形成された本体部と、前記本体部の一方の面に形成されパルスレーザー光が入射される第１の面と、前記本体部の前記第１の面と対向する面に形成された第２の面とを備え、前記第１の面と前記第２の面との間の距離たる厚みは、前記第１の面から前記本体部内に入射されたパルスレーザー光が前記第１の面と前記第２の面とによって多重反射して前記本体部内を往復するのに要する時間が、前記第１の面から入射されたパルスレーザー光の周波数の逆数の整数分の１になるようにして設定した周波数逓倍手段と、
前記周波数逓倍手段の前記第１の面から入射されたパルスレーザー光が、前記第１の面と前記第２の面との間での多重反射により前記本体部内を往復するとともに該往復により到達した前記第１の面から出射した光を取り出す手段と
を有するパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置。
【請求項５】
パルスレーザー光が入射される入射面に平行な直線偏光であるｐ偏光は透過し、前記入射面に垂直な直線偏光であるｓ偏光は反射する偏光ビームスプリッターと、
前記偏光ビームスプリッターの後段に配設されたλ／４板と、
前記λ／４板を前記偏光ビームスプリッターとの間に位置させるようにして配設され、所定の材料により形成された本体部と、前記本体部の前記λ／４板側に位置する面に形成され前記偏光ビームスプリッターを透過した光が前記λ／４板に入射して円偏光に偏光された後に入射される第１の面と、前記本体部の前記第１の面と対向する面に形成された第２の面とを備え、前記第１の面と前記第２の面との間の距離たる厚みは、前記第１の面から前記本体部内に入射された光が前記第１の面と前記第２の面とによって多重反射して前記本体部内を往復するのに要する時間が、前記第１の面から入射された光の周波数の逆数の整数分の１になるようにして設定し、前記第１の面から前記本体部内に入射された光を、前記第１の面と前記第２の面との間での多重反射により前記本体部内を往復させるとともに該往復により到達した前記第１の面から出射させ再び前記λ／４板に入射させる周波数逓倍器と
を有するパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置において、
前記周波数逓倍器の前記第１の面には、前記偏光ビームスプリッターを透過した光が前記λ／４板に入射して円偏光に偏光された後に所定の角度で斜めに入射し、
前記周波数逓倍器の前記第１の面は、前記第１の面から入射された光が、前記第１の面と前記第２の面との間での多重反射により前記本体部内を往復する回数が増加するのに従ってシフトする前記第１の面における反射位置毎に順次低くなる反射率を有する
ものであるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置。
【請求項７】
パルスレーザー光が入射される入射面に平行な直線偏光であるｐ偏光は透過し、前記入射面に垂直な直線偏光であるｓ偏光は反射する偏光ビームスプリッターと、
前記偏光ビームスプリッターの後段に配設されたファラデー回転子と、
前記ファラデー回転子を前記偏光ビームスプリッターとの間に位置させるようにして配設され、所定の材料により形成された本体部と、前記本体部の前記ファラデー回転子側に位置する面に形成された第１の面と、前記本体部の前記第１の面と対向する面に形成された第２の面と、前記偏光ビームスプリッターを透過した光が前記ファラデー回転子に入射して偏光方向を４５度回転された後にブリュースター角で斜めに入射される入射端面と、前記入射端面から前記本体部内に入射された光が前記第１の面と前記第２の面とによって多重反射して前記本体部内を往復して到達しブリュースター角で斜めに出射する出射端面とを備え、前記第１の面と前記第２の面との間の距離たる厚みは、前記入射端面から前記本体部内に入射された光が前記第１の面と前記第２の面とによって多重反射して前記本体部内を往復するのに要する時間が、前記入射端面から入射された光の周波数の逆数の整数分の１になるようにして設定し、前記第１の面は、前記入射端面から入射された光が、前記第１の面と前記第２の面との間での多重反射により前記本体部内を往復する回数が増加するのに従ってシフトする前記第１の面における反射位置毎に順次低くなる反射率を有し、前記入射端面から前記本体部内に入射された光を、前記第１の面と前記第２の面との間での多重反射により前記本体部内を往復させるとともに該往復により到達した前記第１の面または前記出射端面から出射させ再び前記ファラデー回転子に入射させる周波数逓倍器と
を有するパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置。
【請求項８】
請求項５、請求項６または請求項７のいずれか１項に記載のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置において、
前記周波数逓倍器の前記第２の面は、反射率１００％の逆分散ミラーコーティングが施されている
ものであるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置。
【請求項９】
請求項５、請求項６または請求項７のいずれか１項に記載のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置において、
前記周波数逓倍器には可視光域のパルスレーザー光が入射し、前記周波数逓倍器の前記本体部はガラスにより形成されている
ものであるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法およびその装置に関し、さらに詳細には、例えば、パルスレーザー光であるフェムト秒レーザー光のパルスの繰り返し周波数を逓倍する際に用いて好適なパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法およびその装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書においては、１０−１３秒オーダーのパルス幅を有するサブピコ秒以下のレーザー光源として知られているフェムト秒レーザーから出射されたレーザー光を「フェムト秒レーザー光」と適宜に称することとする。
【背景技術】
【０００３】
近年、光メモリなどの光記録技術や、フォトリソグラフィあるいは光造形などの光加工技術においては、光源としてフェムト秒レーザーを用いる技術開発が盛んに行われている（例えば、特許文献１、特許文献２ならびに特許文献３を参照する。）。
【０００４】
こうしたフェムト秒レーザーとして代表的なモードロックフェムト秒レーザーであるチタンサファイアレーザーのパルスの繰り返し周波数は、一般に８０ＭＨｚ程度であり、高くても精々数ＧＨｚ程度であった。
【０００５】
一方、光記録や光加工を高速で行うためには、パルスレーザー光も高速に強度変調する必要があり、今後は数十ＧＨｚオーダーの変調スピードが要求されるものと予測されている。
【０００６】
しかしながら、こうしたフェムト秒レーザー光などのパルスレーザー光のパルスの繰り返し周波数は、レーザー共振器の共振器長によって一意に決まってしまうものであるので、パルスレーザー光のパルスの繰り返し周波数を現状より著しく高くすることは容易ではなく、今後予測される数十ＧＨｚオーダーの変調スピードの要求を満たすことができるものではないという問題点が指摘されていた。
【０００７】
こうした問題点を鑑みるに、例えば、特許文献４には、光学ブロックを用いてパルス波を逓倍することにより、パルスレーザー光のパルスの繰り返し周波数を向上する手法が開示されている。
【０００８】
この特許文献４に記載された手法においては、入力されたパルス波形のレーザー光を２つの光路に分岐する第１の半透明膜と、分岐された一方の光路の光を反射する全反射鏡と、全反射鏡が反射した光と分岐された他方の光路の光とを合成する第２の半透明膜とを備えた光学ブロックが用いられている。即ち、特許文献４に開示された技術は、光学ブロックの第１の半透明膜によってパルス波形のレーザー光の光路を２つの光路に分岐して、分岐した２つの光路の光路長をそれぞれ異なるようにし、これら２つの光路の光を第２の半透明膜によって合成して、入力されたパルス波形のレーザー光の２倍のパルスの繰り返し周波数を備えた出力光が得られるようにしたものである。
【０００９】
ところで、こうした特許文献４に記載された手法は、図１に示すように２つのビームスプリッター２０２，２０８と２つのミラー２０４，２０６とを用いて構成される光遅延光学系と同様の構成を有するものである。即ち、この図１に記載された光遅延光学系たる光遅延回路２００におけるビームスプリッター２０２の半透明膜が、特許文献４に記載された光学ブロックの第１の半透明膜に対応し、ミラー２０４，２０６が特許文献４に記載された全反射鏡に対応し、ビームスプリッター２０８の半透明膜が特許文献４に記載された光学ブロックの第２の半透明膜に対応するものである。
【００１０】
この図１に記載された光遅延回路２００においても、特許文献４に記載された手法と同様に、ビームスプリッター２０２によってパルスレーザー光を２つの光路に分岐し、分岐された一方の光路の光をミラー２０４ならびにミラー２０６で反射して分岐された他方の光路の光と光路長を異ならせ、ビームスプリッター２０８によって２つの光路に分岐した光を合成して、入力光の２倍のパルスの繰り返し周波数を有する出力光を得るものである。
【００１１】
しかしながら、上記した特許文献４に記載されたハーフミラーを有する光学ブロックを光路に挿入してパルス間隔を１／２にする従来の手法や、図１に記載された光遅延回路２００のような従来のパルスの繰り返し周波数の逓倍方法は、以下に示すような種々の問題点を有するものである。
【００１２】
［問題点１］単一の光学ブロックや光遅延回路（図１に示す光遅延回路２００を参照する。）では、パルス数を２倍にすることしかできず、２倍以上のパルス数を得るためには、複数の光学ブロックや光遅延回路を挿入しなければならない。
【００１３】
［問題点２］単一の光学ブロックや光遅延回路を挿入することによりパルス数が２倍になり、また、１つの光学ブロックや光遅延回路を追加的に挿入する度にパルス数は２倍になってゆくが、例えば、３倍周波数や５倍周波数といった２のｎ乗倍以外のパルスの繰り返し周波数を得ることはできない。
【００１４】
［問題点３］２つの光路に分岐された一方の光路の光と他方の光路の光との合波部分でロスが生じ、また、光学ブロックの入射端面と出射端面で反射ロスが生じ、１つの光学ブロックや光遅延回路を透過する度にトータルの光量が１／２になってしまい、光の利用効率が極めて悪い。
【００１５】
［問題点４］パルスレーザー光として、例えば、フェムト秒レーザー光のように極めてパルス幅の狭い超短パルスレーザー光を光学ブロックに入射させると、光学ブロックを形成している材料の屈折率分散の影響により、パルスが時間的にボケてパルス幅が広がってしまう。
【特許文献１】特開２００１−２１６６４９号公報
【特許文献２】特開２００３−１５９９号公報
【特許文献３】特開２００３−２１１４００号公報
【特許文献４】特開２００３−２３２９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の技術の有する上記した問題点１乃至問題点４を解消しながら、パルスレーザー光のパルスの繰り返し周波数を増加させることができるようにしたパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法およびその装置を提供しようとするものである。
【００１７】
また、本発明の目的とするところは、従来の技術の有する上記した問題点１乃至問題点４を解消しながら、例えば、数十ＧＨｚオーダーのパルスレーザー光の高速な強度変調にも応えることができるようにしたパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法およびその装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、誘電体基板の第１の面から上記誘電体基板内に入射されたパルスレーザー光が、上記誘電体基板の上記第１の面に対向する第２の面と上記第１の面とによって多重反射して上記誘電体基板内を往復するのに要する時間が、上記第１の面から入射されたパルスレーザー光の周波数の逆数の整数分の１になるような厚みを有する上記誘電体基板に、上記第１の面からパルスレーザー光を入射し、上記第１の面と上記第２の面との間での多重反射により上記誘電体基板内を往復させるとともに当該往復により到達した上記第１の面から出射させ、時間軸上で元のパルスの間にパルスを櫛状に順次挿入するようにしたものである。
【００１９】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記パルスレーザー光を上記誘電体基板の上記第１の面に所定の角度で斜めに入射し、上記第１の面と上記第２の面との間での多重反射により上記誘電体基板内を往復する回数が増加するのに従って上記第１の面における反射位置をシフトさせ、上記第１の面の反射率を、上記第１の面から入射されたパルスレーザー光が、上記第１の面と上記第２の面との間での多重反射により上記誘電体基板内を往復する回数が増加するのに従ってシフトする上記第１の面における反射位置毎に順次低くなるように設定するようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発明において、上記誘電体基板の上記第２の面は、反射率１００％の逆分散ミラーコーティングが施されているようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、所定の材料により形成された本体部と、上記本体部の一方の面に形成されパルスレーザー光が入射される第１の面と、上記本体部の上記第１の面と対向する面に形成された第２の面とを備え、上記第１の面と上記第２の面との間の距離たる厚みは、上記第１の面から上記本体部内に入射されたパルスレーザー光が上記第１の面と上記第２の面とによって多重反射して上記本体部内を往復するのに要する時間が、上記第１の面から入射されたパルスレーザー光の周波数の逆数の整数分の１になるようにして設定した周波数逓倍手段と、上記周波数逓倍手段の上記第１の面から入射されたパルスレーザー光が、上記第１の面と上記第２の面との間での多重反射により上記本体部内を往復するとともに当該往復により到達した上記第１の面から出射した光を取り出す手段とを有するようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、パルスレーザー光が入射される入射面に平行な直線偏光であるｐ偏光は透過し、上記入射面に垂直な直線偏光であるｓ偏光は反射する偏光ビームスプリッターと、上記偏光ビームスプリッターの後段に配設されたλ／４板と、上記λ／４板を上記偏光ビームスプリッターとの間に位置させるようにして配設され、所定の材料により形成された本体部と、上記本体部の上記λ／４板側に位置する面に形成され上記偏光ビームスプリッターを透過した光が上記λ／４板に入射して円偏光に偏光された後に入射される第１の面と、上記本体部の上記第１の面と対向する面に形成された第２の面とを備え、上記第１の面と上記第２の面との間の距離たる厚みは、上記第１の面から上記本体部内に入射された光が上記第１の面と上記第２の面とによって多重反射して上記本体部内を往復するのに要する時間が、上記第１の面から入射された光の周波数の逆数の整数分の１になるようにして設定し、上記第１の面から上記本体部内に入射された光を、上記第１の面と上記第２の面との間での多重反射により上記本体部内を往復させるとともに当該往復により到達した上記第１の面から出射させ再び上記λ／４板に入射させる周波数逓倍器とを有するようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、上記周波数逓倍器の上記第１の面には、上記偏光ビームスプリッターを透過した光が上記λ／４板に入射して円偏光に偏光された後に所定の角度で斜めに入射し、上記周波数逓倍器の上記第１の面は、上記第１の面から入射された光が、上記第１の面と上記第２の面との間での多重反射により上記本体部内を往復する回数が増加するのに従ってシフトする上記第１の面における反射位置毎に順次低くなる反射率を有するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、パルスレーザー光が入射される入射面に平行な直線偏光であるｐ偏光は透過し、上記入射面に垂直な直線偏光であるｓ偏光は反射する偏光ビームスプリッターと、上記偏光ビームスプリッターの後段に配設されたファラデー回転子と、上記ファラデー回転子を上記偏光ビームスプリッターとの間に位置させるようにして配設され、所定の材料により形成された本体部と、上記本体部の上記ファラデー回転子側に位置する面に形成された第１の面と、上記本体部の上記第１の面と対向する面に形成された第２の面と、上記偏光ビームスプリッターを透過した光が上記ファラデー回転子に入射して偏光方向を４５度回転された後にブリュースター角で斜めに入射される入射端面と、上記入射端面から上記本体部内に入射された光が上記第１の面と上記第２の面とによって多重反射して上記本体部内を往復して到達しブリュースター角で斜めに出射する出射端面とを備え、上記第１の面と上記第２の面との間の距離たる厚みは、上記入射端面から上記本体部内に入射された光が上記第１の面と上記第２の面とによって多重反射して上記本体部内を往復するのに要する時間が、上記入射端面から入射された光の周波数の逆数の整数分の１になるようにして設定し、上記第１の面は、上記入射端面から入射された光が、上記第１の面と上記第２の面との間での多重反射により上記本体部内を往復する回数が増加するのに従ってシフトする上記第１の面における反射位置毎に順次低くなる反射率を有し、上記入射端面から上記本体部内に入射された光を、上記第１の面と上記第２の面との間での多重反射により上記本体部内を往復させるとともに当該往復により到達した上記第１の面または上記出射端面から出射させ再び上記ファラデー回転子に入射させる周波数逓倍器とを有するようにしたものである。
【００２５】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、請求項５、請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記周波数逓倍器の上記第２の面は、反射率１００％の逆分散ミラーコーティングが施されているようにしたものである。
【００２６】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、請求項５、請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記周波数逓倍器には可視光域のパルスレーザー光が入射し、上記周波数逓倍器の上記本体部はガラスにより形成されているようにしたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法およびその装置は、従来の技術の有する上記した問題点１乃至問題点４を解消しながら、パルスレーザー光のパルスの繰り返し周波数を増加させることができるようになるという優れた効果を奏する。
【００２８】
また、本発明によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法およびその装置は、従来の技術の有する上記した問題点１乃至問題点４を解消しながら、例えば、数十ＧＨｚオーダーのパルスレーザー光の高速な強度変調にも応えることができるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付の図面に基づいて、本発明によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍方法およびその装置の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００３０】
図２には、本発明による第１の実施の形態のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置を示す概略構成説明図が示されている。なお、本発明によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置については、明細書の記載の簡略化のために、以下においては単に「逓倍装置」と適宜に称することとする。
【００３１】
この図２に示す第１の実施の形態の逓倍装置１０は、パルスレーザー光が入射する偏光ビームスプリッター１２と、偏光ビームスプリッター１２の後段に配設されたλ／４板１４と、λ／４板１４を偏光ビームスプリッター１２との間に位置させるようにして配設された周波数逓倍器１６とを有して構成されている。
【００３２】
偏光ビームスプリッター１２は、垂直入射光に対して水平偏光成分と垂直偏光成分との進行方向が直角になるものであり、入射面に平行な直線偏光であるｐ偏光は透過し、入射面に垂直な直線偏光であるｓ偏光は反射するものである。
【００３３】
この偏光ビームスプリッター１２の面１２ａには、逓倍装置１０の外部のパルスレーザー１００から出射されたパルスレーザー光Ｌ１が垂直に入射されるように設計されている。なお、パルスレーザー１００として、例えば、１０−１３秒オーダーのパルス幅を有するフェムト秒レーザーたるチタンサファイアレーザーを用いた場合には、当該チタンサファイアレーザーから出射されたパルスレーザー光であるフェムト秒レーザー光が偏光ビームスプリッター１２に入射する。
【００３４】
ただし、パルスレーザー１００はフェムト秒レーザーに限られるものではないことは勿論であり、パルスレーザー光を出射する各種レーザー装置をパルスレーザー１００として用いることができるものである。
【００３５】
そして、周波数逓倍器１６は、互いに対向する２つの反射面を備え所定の厚みｄを有する誘電体基板により構成されている。
【００３６】
より詳細には、周波数逓倍器１６は、ガラスにより形成された略直方体形状の本体部１６ａと、本体部１６ａの一方の面に形成された反射面１６ｂと、本体部１６ａの反射面１６ｂと対向する面に形成された反射面１６ｃとを有するものである。
【００３７】
周波数逓倍器１６の反射面１６ｂは一定の反射率を有するものである。より詳細には、周波数逓倍器１６の反射面１６ｂは、周波数逓倍器１６の外部から反射面１６ｂに入射する光に対しては３６％の透過率を有するとともに、反射面１６ｂを透過して周波数逓倍器１６の内部に入射した後に反射面１６ｃで反射されて反射面１６ｂに入射する光に対しては６４％の透過率を有するものである。
【００３８】
従って、反射面１６ｂを透過して周波数逓倍器１６の内部に入射した後に反射面１６ｃで反射され反射面１６ｂに到達した光は、その６４％が反射面１６ｂを透過して反射面１６ｂから周波数逓倍器１６の外部へと出射し、残余の３６％が反射面１６ｂによって反射され再び反射面１６ｃで反射されることになる。
【００３９】
そして、上記した反射面１６ｂが偏光ビームスプリッター１２ならびにλ／４板１４が配設されている側に位置し、反射面１６ｂと当該反射面１６ｂに入射するパルスレーザー光とのなす角度α（図２参照）が直角（α＝９０°）になるようにして、周波数逓倍器１６はλ／４板１４の後段に配設されている。
【００４０】
一方、反射面１６ｂと対向する反射面１６ｃには、反射率１００％の逆分散ミラーコーティングが施されている。なお、反射面１６ｃの逆分散ミラーコーティングには、従来より公知の各種手法を用いることができ、例えば、真空蒸着法によりＺｒＯ２，ＴｉＯ２，ＺｎＳ，ＭｇＦ２，ＣｅＦ３，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２をコートすることによって反射面１６ｃを形成することができる。
【００４１】
そして、互いに対向する２つの反射面である反射面１６ｂと反射面１６ｃとの間の距離たる周波数逓倍器１６の厚みｄは、この２つの反射面１６ｂ，１６ｃで挟まれた誘電体基板よりなる本体部１６ａ内を光が往復するのに要する時間が、ちょうど光の周波数の逆数の整数分の１になるような厚みに設定されている。即ち、周波数逓倍器１６は、反射面１６ｂ，１６ｃで挟まれた本体部１６ａ内を光が往復するのに要する時間が、パルスレーザー光の隣り合うパルス時間間隔の整数分の１になるような厚みｄを有するものである。
【００４２】
より詳細には、逓倍装置１０の外部のパルスレーザー１００から出射されて偏光ビームスプリッター１２に入射するパルスレーザー光Ｌ１（図２参照）の繰り返し周波数をｆＨｚとすると、パルス周期Ｔは、
Ｔ＝１／ｆ  （秒）
となる。
【００４３】
そして、パルスレーザー光の繰り返し周波数をｍ倍に逓倍する場合は、逓倍後のパルス間隔は、
Ｔ／ｍ＝１／（ｍｆ）  （秒）
となる。
【００４４】
一方、周波数逓倍器１６を構成する誘電体基板の屈折率、即ち、本体部１６ａの屈折率をｎ、周波数逓倍器１６の厚みをｄとし、また、真空中の光速をｃ＝３．０×１０８ｍ／秒とすると、光が周波数逓倍器１６内を１往復するのに要する時間は、
（２ｄｎ）／ｃ  （秒）
である。従って、
１／（ｍｆ）＝（２ｄｎ）／ｃ
より、
ｄ＝ｃ／（２ｆｍｎ）  （ｍ）        ・・・式１
となる。
【００４５】
従って、上記した式１に基づいて周波数逓倍器１６の厚みｄを設定することにより、周波数逓倍器１６を構成する誘電体基板の屈折率を考慮した状態で、２つの反射面１６ｂ，１６ｃによって多重反射して本体部１６ａ内を光が往復するのに要する時間が、パルスレーザー光Ｌ１の周波数の逆数の整数分の１になる。
【００４６】
以上の構成において、本発明による逓倍装置１０を用いてパルスレーザー光の繰り返し周波数を逓倍するには、まず、逓倍装置１０の外部のパルスレーザー１００から出射された入射面に平行な直線偏光であるｐ偏光のパルスレーザー光Ｌ１を、偏光ビームスプリッター１２の面１２ａに垂直に入射する。
【００４７】
そうすると、面１２ａに垂直に入射されたパルスレーザー光Ｌ１はｐ偏光なので偏光ビームスプリッター１２を透過して、偏光ビームスプリッター１２の面１２ｂから出射され、偏光ビームスプリッター１２の後段に配設されたλ／４板１４に入射される。
【００４８】
λ／４板１４によって入射されたパルスレーザー光は円偏光に偏光され、こうして円偏光に偏光されたパルスレーザー光が、周波数逓倍器１６の反射面１６ｂに対して垂直（α＝９０°）に入射し、反射面１６ｂに対して垂直に伝搬し進行して反射面１６ｃに入射し、その後、反射面１６ｂ，１６ｃによって反射されて反射面１６ｂと反射面１６ｃとで挟まれた本体部１６ａ内を往復する。
【００４９】
こうして光が周波数逓倍器１６内を往復する際に、反射面１６ｂに到達した光は反射面１６ｂの透過率に応じて反射面１６ｂを透過して、反射面１６ｂから周波数逓倍器１６の外部へと出射して再びλ／４板１４に入射し、入射面に垂直な直線偏光であるｓ偏光となって、偏光ビームスプリッター１２の面１２ｂに垂直に入射する。すると、面１２ｂに垂直に入射したパルスレーザー光はｓ偏光なので、偏光ビームスプリッター１２により反射されて取り出される（図２に示すパルスレーザー光Ｌ２参照）。
【００５０】
こうして反射面１６ｂ，１６ｃで挟まれた誘電体基板内を往復して逓倍装置１０から取り出されたパルスレーザー光Ｌ２は、２つの反射面１６ｂと反射面１６ｃとで挟まれた誘電体基板内を光が往復するのに要する時間が光の周波数の逆数の整数分の１になるような厚みｄ（式１参照）を有する周波数逓倍器１６内で多重反射することによって、図３に示すように、時間軸上で元のパルスの間にパルスが櫛状に順次挿入されることになり、パルスレーザー光の繰り返し周波数を逓倍することができる。
【００５１】
なお、図３は逓倍率が５倍の場合のパルスレーザー光のパルスを模式的に示す説明図であり、元の光パルスの間に、周波数逓倍器１６内を１往復した光パルス、周波数逓倍器１６内を２往復した光パルス、周波数逓倍器１６内を３往復した光パルス、周波数逓倍器１６内を４往復した光パルスが順次挿入されて、５倍周波数となっている。
【００５２】
上記したように、本発明の第１の実施の形態によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置１０においては、式１により設定される所定の厚みｄを有し２つの反射面１６ｂ，１６ｃを備えた周波数逓倍器１６を配設するようにしたため、パルスレーザー光のパルスの繰り返し周波数を高くすることができ、例えば、数十ＧＨｚオーダーのパルスレーザー光の高速な強度変調にも応えることができる。
【００５３】
また、本発明の逓倍装置１０においては、周波数逓倍器１６の反射面１６ｃに反射率１００％の逆分散ミラーコーティングを施すようにしたため、反射面１６ｂと反射面１６ｃとで挟まれた誘電体基板よりなる本体部１６ａ内を光が往復する際の波長分散、即ち、パルス幅が広がるのを防止することができる。
【００５４】
つまり、本発明によれば、上記「背景技術」の項において記載した従来の技術の有する［問題点４］を解消することができ、例えば、フェムト秒レーザー光のように極めてパルス幅の狭い超短パルスレーザー光であっても、パルスが時間的にボケてパルス幅が広がるようなことなしに、パルスレーザー光のパルスの繰り返し周波数を増加させることができる。
【００５５】
また、本発明の逓倍装置１０においては、周波数逓倍器１６と逓倍装置１０の外部のパルスレーザー１００との間にλ／４板１４を配設するようにしたため、こうしたアイソレーターの構成により、周波数逓倍器１６内を往復して反射面１６ｂから出射した光がパルスレーザー１００へ戻るのを防止でき、レーザー共振器への戻り光がなく、安定して良好な動作状態を維持することができる。
【００５６】
そして、本発明の逓倍装置１０は、パルスレーザー光Ｌ１を２つの光路に分岐することなく周波数逓倍器１６に入射し、厚みｄを有する周波数逓倍器１６の２つの反射面１６ｂ，１６ｃの間で入射した光が多重反射して誘電体基板内を往復する回数に従って、パルスレーザー光のパルスの繰り返し周波数を任意に増加できるので、反射面の反射率を適当に制御した単一の逓倍装置１０によって、２倍以上、即ち、２倍、３倍、４倍、５倍（図３参照）、６倍・・・とパルス数を増加することができる。
【００５７】
つまり、本発明によれば、上記「背景技術」の項において記載した従来の技術の有する［問題点１］、［問題点２］ならびに［問題点３］を解消することができる。本発明は、２倍以上のパルス数を得るために複数の光学ブロックや光遅延回路を挿入する必要がないので全体の制御が非常に簡単であって、基本的に単一の周波数逓倍器１６でパルスレーザー光のパルスの繰り返し周波数を逓倍するので、極めて安定性が高く、また、光学系が簡便で余計な調整が不要なものである。しかも、本発明は、２のｎ乗倍以外の周波数を得ることができ、周波数逓倍器１６を透過しても光量のロスがほとんどなく、光の利用効率が極めて高いものである。
【００５８】
次に、図４乃至図６を参照しながら、本発明によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置の第２の実施の形態を説明する。
【００５９】
図４には、本発明による第２の実施の形態のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置を示す概略構成説明図が示されており、図５には、図４に示す本発明による第２の実施の形態のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置の要部を示す説明図が示されている。なお、図４以降の各図に示す構成において、図２に示す構成と同一または相当する構成については図２と同一の符号を用いて示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は省略するものとする。
【００６０】
ここで、本発明による第２の実施の形態による逓倍装置２０（図４参照）と本発明の第１の実施の形態による逓倍装置１０（図２参照）とを比較すると、上記した本発明による第１の実施の形態の逓倍装置１０は、周波数逓倍器１６が反射面１６ｂと当該反射面１６ｂに入射するパルスレーザー光とのなす角度α（図２参照）が直角（α＝９０°）になるようにして配置されているのに対して、本発明による第２の実施の形態の逓倍装置２０は、周波数逓倍器２６が反射面２６ｂと反射面２６ｂに入射するパルスレーザー光とのなす角度β（図４ならびに図５参照）が９０°より小さく（β＜９０°）少し傾いて配設されているとともにパルスレーザー光が入射する反射面２６ｂの反射率を変化させている点において、第１の実施の形態の逓倍装置１０と異なっている。
【００６１】
より詳細には、第２の実施の形態の逓倍装置２０の周波数逓倍器２６は、ガラスにより形成された略直方体形状の本体部２６ａと、本体部２６ａの一方の面に形成された反射面２６ｂと、本体部２６ａの反射面２６ｂと対向する面に形成された反射面２６ｃとを有するものである。
【００６２】
なお、周波数逓倍器２６の反射面２６ｃには、上記した第１の実施の形態の周波数逓倍器１６の反射面１６ｃと同様に、反射率１００％の逆分散ミラーコーティングが施されているものである。
【００６３】
また、互いに対向する２つの反射面である反射面２６ｂと反射面２６ｃとの間の距離たる周波数逓倍器２６の厚みｄ（図４ならびに図５参照）は、上記した第１の実施の形態の周波数逓倍器１６の厚みｄ（図２参照）を設定する式１より、周波数逓倍器２６内を進行する光の進行方向と反射面２６ｂ，反射面２６ｃの垂線（図５に示す破線参照）とのなす角をφ（図５参照）とすると、
ｄ＝（ｃ×ｃｏｓφ）／（２ｆｍｎ）  （ｍ）        ・・・式２
となる。この式２に基づいて周波数逓倍器２６の厚みｄが設定されて、反射面２６ｂと反射面２６ｃで挟まれた誘電体基板よりなる本体部２６ａ内を光が往復するのに要する時間が、ちょうど光の周波数の逆数の整数分の１になるような厚みに設定されている。
【００６４】
ここで、周波数逓倍器２６の反射面２６ｂは反射率が変化するように設定されており、上記した第１の実施の形態の周波数逓倍器１６の反射面１６ｂのように一定ではない。
【００６５】
以下、反射面２６ｂの反射率を決定する手法の一例を説明する。まず、図５に示すように、周波数逓倍器２６の外部から反射面２６ｂに入射して周波数逓倍器２６内へ入射した光が、反射面２６ｃで反射した後、反射面２６ｂを透過して反射面２６ｂから周波数逓倍器２６の外部へ出てきた光、即ち、周波数逓倍器２６内を１往復して反射面２６ｂを透過して出てきた光をＯ１と定義する（「ｉ＜ｍ」とする。）。
【００６６】
また、反射面２６ｂから周波数逓倍器２６内へ入射した光が反射面２６ｃで反射した後、反射面２６ｂで再度周波数逓倍器２６内へ反射され、再度反射面２６ｃで反射された後に反射面２６ｂを透過して反射面２６ｂから周波数逓倍器２６の外部へ出てきた光、即ち、周波数逓倍器２６内を２往復して反射面２６ｂを透過して出てきた光をＯ２と定義する。以下同様に、周波数逓倍器２６内を３往復して反射面２６ｂを透過して出てきた光をＯ３と定義し、周波数逓倍器２６内を４往復して反射面２６ｂを透過して出てきた光をＯ４と定義し、・・・、周波数逓倍器２６内をｉ往復して反射面２６ｂを透過して出てきた光をＯｉと定義し、・・・、周波数逓倍器２６内をｍ往復して反射面２６ｂを透過して出てきた光をＯｍと定義する。
【００６７】
また、Ｏ１が反射面２６ｂから周波数逓倍器２６の外部へ出てくる出射位置での反射面２６ｂの反射率をＲ１と定義し、Ｏ２の出射位置での反射面２６ｂの反射率をＲ２と定義し、Ｏ３の出射位置での反射面２６ｂの反射率をＲ３と定義し、Ｏ４の出射位置での反射面２６ｂの反射率をＲ４と定義し、・・・、Ｏｉの出射位置での反射面２６ｂの反射率をＲｉと定義し、・・・、Ｏｍの出射位置での反射面２６ｂの反射率をＲｍと定義する。
【００６８】
ここで、周波数逓倍器２６の外部から反射面２６ｂに入射した後の光、即ち、周波数逓倍器２６に最初に入射後の光（図５に示す光Ｌａ参照）の強度を１とするとともに反射面２６ｃの反射率も１（１００％反射）とし、かつ、周波数逓倍器２６全体において光の吸収が無いとすると、反射率Ｒを有する反射面での透過率は１−Ｒとなる。なお、図５に示す周波数逓倍器２６の外部から反射面２６ｂに入射する入射光Ｌｂの入射光強度は、入射光Ｌｂが周波数逓倍器２６の外部から反射面２６ｂに最初に入射する入射位置での反射面２６ｂの反射率をＲ０（図５参照）と定義すると、１／（１−Ｒ０）である。
【００６９】
以上より、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、・・・、Ｏｉを記述すると、
Ｏ１＝１−Ｒ１
Ｏ２＝Ｒ１×（１−Ｒ２）
Ｏ３＝Ｒ１×Ｒ２×（１−Ｒ３）
・
・
・
Ｏｉ＝Ｒ１×Ｒ２×・・・×Ｒｉ−１×（１−Ｒｉ）
＝Ｏｉ−１×Ｒｉ−１×（１−Ｒｉ）／（１−Ｒｉ−１）    ・・・式３
となる。
【００７０】
周波数逓倍器２６内から反射面２６ｂを透過して周波数逓倍器２６の外部へ出てくる全ての出射光の強度を一定にするには、周波数逓倍器２６内をｉ往復して反射面２６ｂを透過して出てきた光Ｏｉと周波数逓倍器２６内をｉ−１往復して反射面２６ｂを透過して出てきた光Ｏｉとが、
Ｏｉ＝Ｏｉ−１
となればよい。
【００７１】
この
Ｏｉ＝Ｏｉ−１
の関係と、式３に示す
Ｏｉ＝Ｏｉ−１×Ｒｉ−１×（１−Ｒｉ）／（１−Ｒｉ−１）
の関係を用いて、出射光Ｏｉの出射位置での反射面２６ｂの反射率Ｒｉと出射光Ｏｉ−１の出射位置での反射面２６ｂの反射率Ｒｉ−１との関係を求めると、
Ｒｉ−１×（１−Ｒｉ）／（１−Ｒｉ−１）＝１
１−Ｒｉ＝（１−Ｒｉ−１）／Ｒｉ−１
１−Ｒｉ＝１／Ｒｉ−１−１
Ｒｉ−１＝１／（２−Ｒｉ）        ・・・式４
となる。つまり、式４より、ｉ番目の反射率が決まれば、ｉ−１番目の反射率が自動的に決まることになる。
【００７２】
また、逓倍率をｍ倍とし、ｍ番目の反射率Ｒｍを０％とすれば、周波数逓倍器２６内をｍ往復した光は全て反射面２６ｂを透過して周波数逓倍器１６から出射されることになる。
【００７３】
従って、ｍを決めれば、ｍ番目の反射率Ｒｍが決まり、そこから式４を用いれば順次全ての反射率を算出することができる。
【００７４】
そうした計算の結果、反射率は以下のようにすれば良いことが分かった。即ち、
０、１／２、２／３、３／４、４／５、５／６、６／７、・・・、ｉ／ｉ＋１、・・・
という数列を作成し、当該数列の先頭からｍの数だけ選び出して、それをｉの大きい順番に設定すればよい。
【００７５】
例えば、ｍ＝５の場合には、
０、１／２、２／３、３／４、４／５
を選び、
Ｒ５＝０、Ｒ４＝１／２、Ｒ３＝２／３、Ｒ２＝３／４、Ｒ１＝４／５
とすればよい。このように、反射面２６ｂ，２６ｃに対して垂直に位置する上端面２６ｄ側から下端面２６ｅ側に向かう方向で反射率が低くなるようにすると、周波数逓倍器２６内を１往復した光、２往復した光、３往復した光、４往復した光ならびに５往復した光の全ての出射光強度が、周波数逓倍器２６の外部から反射面２６ｂに入射した元の入射光の１／５ずつになる。
【００７６】
この図５に示す本発明による逓倍装置２０においては、上記したようにして反射率を異ならせた反射面２６ｂが偏光ビームスプリッター１２ならびにλ／４板１４が配設されている側に位置し、反射面２６ｂと当該反射面２６ｂに入射するパルスレーザー光とのなす角度β（図４ならびに図５参照）が９０°より小さく（β＜９０°）なるようにして、周波数逓倍器２６はλ／４板１４の後段に少し傾いて配設されている。
【００７７】
なお、反射面２６ｂと当該反射面２６ｂに入射するパルスレーザー光とのなす角βは、例えば、逓倍装置２０の外部のパルスレーザー１００から出射されるパルスレーザー光の繰り返し周波数が８０ＭＨｚで、逓倍率が１０倍程度のときには、およそ５°とすることができる。
【００７８】
以上の構成において、本発明による逓倍装置２０を用いてパルスレーザー光の繰り返し周波数を逓倍するには、まず、逓倍装置２０の外部のパルスレーザー１００から出射された入射面に平行な直線偏光であるｐ偏光のパルスレーザー光Ｌ１を、偏光ビームスプリッター１２の面１２ａに垂直に入射する。
【００７９】
そうすると、面１２ａに垂直に入射されたパルスレーザー光Ｌ１はｐ偏光なので偏光ビームスプリッター１２を透過して、偏光ビームスプリッター１２の面１２ｂから出射され、偏光ビームスプリッター１２の後段に配設されたλ／４板１４に入射される。
【００８０】
λ／４板１４によって入射されたパルスレーザー光は円偏光に偏光され、こうして円偏光に偏光されたパルスレーザー光が、周波数逓倍器２６の反射面２６ｂに対して所定の角度（β＜９０°）で斜めに入射し、反射面２６ｂに対して垂直に伝搬せずに進行して反射面２６ｃに入射し、その後、反射面２６ｂ，２６ｃによって反射されて反射面２６ｂと反射面２６ｃとで挟まれた本体部２６ａ内を往復する。
【００８１】
こうして光が周波数逓倍器２６内を往復する際に、反射面２６ｂに到達した光は反射面２６ｂの透過率に応じて反射面２６ｂを透過して、反射面２６ｂから周波数逓倍器２６の外部へと出射して再びλ／４板１４に入射し、入射面に垂直な直線偏光であるｓ偏光となって、偏光ビームスプリッター１２の面１２ｂに垂直に入射する。すると、面１２ｂに垂直に入射したパルスレーザー光はｓ偏光なので反射されて取り出される（図４に示すパルスレーザー光Ｌ３参照）。
【００８２】
こうして反射面２６ｂ，２６ｃで挟まれた誘電体基板内を往復して逓倍装置２０から取り出されたパルスレーザー光Ｌ３は、２つの反射面２６ｂと反射面２６ｃとで挟まれた誘電体基板内を光が往復するのに要する時間が光の周波数の逆数の整数分の１になるような厚みｄ（式２参照）を有する周波数逓倍器２６内で多重反射することによって、図６に示すように、時間軸上で元のパルスの間にパルスが櫛状に順次挿入されることになり、パルスレーザー光の繰り返し周波数を逓倍することができる。
【００８３】
より詳細には、図６は逓倍率が５倍の場合のパルスレーザー光のパルスを模式的に示す説明図であり、元の光パルスの間に、周波数逓倍器２６内を１往復した光パルス、周波数逓倍器２６内を２往復した光パルス、周波数逓倍器２６内を３往復した光パルス、周波数逓倍器２６内を４往復した光パルスが順次挿入されて、５倍周波数となっている。
【００８４】
ここで、図６に示した本発明の第２の実施の形態による逓倍装置２０による逓倍率５倍のパルスレーザー光のパルスと、図３に示した本発明の第１の実施の形態による逓倍装置１０による逓倍率５倍のパルスレーザー光のパルスとを比較する。
【００８５】
まず、第１の実施の形態による逓倍装置１０においては、周波数逓倍器１６に入射したパルスレーザー光が反射面１６ｂ，１６ｃ間を往復する回数が増加するのに伴って、出射するパルスの強度が徐々に低下している（図３参照）。従って、上記した第１の実施の形態の逓倍装置１０によれば、パルスの強度に変化をつけることができ、例えば、強度が強すぎるパルスレーザー光の繰り返し周波数を逓倍する際に用いるなどして、パルス強度の変化を有用に活用することができるものである。
【００８６】
これに対して、第２の実施の形態による逓倍装置２０においては、周波数逓倍器２６に入射したパルスレーザー光が反射面２６ｂ，２６ｃ間を往復する回数が増加しても、出射するパルスの強度は一定になっている。
【００８７】
つまり、上記した本発明の第２の実施の形態によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置２０においては、周波数逓倍器２６を少し傾けて配設し、角度βで入射したパルスレーザー光が周波数逓倍器２６内を往復する回数が増加するのに従って反射位置がシフトするようにし、さらに周波数逓倍器２６の反射面２６ｂの反射率を式４により変化させるようにしたため、パルスレーザー光の繰り返し周波数を任意に設定することができるとともに、周波数逓倍器２６から出射した出射パルスの強度を一定にすることができる（図６参照）。
【００８８】
また、本発明の逓倍装置２０においても、上記した第１の実施の形態の逓倍装置１０と同様に、周波数逓倍器２６の反射面２６ｃに反射率１００％の逆分散ミラーコーティングを施すようにしたため、反射面２６ｂと反射面２６ｃとで挟まれた誘電体基板よりなる本体部２６ａ内を光が往復する際の波長分散、即ち、パルス幅が広がるのを防止することができ、上記「背景技術」の項において記載した従来の技術の有する［問題点４］を解消することができる。また、本発明の逓倍装置２０においても、λ／４板１４により、周波数逓倍器２６内を往復して反射面２６ｂから出射した光がパルスレーザー１００へ戻るのを防止でき、レーザー共振器への戻り光がなく、安定して良好な動作状態を維持することができる。
【００８９】
また、上記した第１の実施の形態の逓倍装置１０と同様に、本発明の逓倍装置２０においても、パルスレーザー光Ｌ１を２つの光路に分岐せずに周波数逓倍器１６に入射させ、厚みｄを有する周波数逓倍器２６の２つの反射面２６ｂ，２６ｃの間で入射した光が多重反射して誘電体基板内を往復する回数に従って、パルスレーザー光の繰り返し周波数を任意に増加できるので、単一の逓倍装置２０によって、２倍以上、即ち、２倍、３倍、４倍、５倍（図６参照）、６倍・・・とパルス数を増加することができ、上記「背景技術」の項において記載した従来の技術の有する［問題点１］、［問題点２］ならびに［問題点３］を解消することができる。
【００９０】
次に、図７乃至図８を参照しながら、本発明によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置の第３の実施の形態を説明する。
【００９１】
図７には、本発明による第３の実施の形態のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置を示す概略構成説明図が示されており、図８には、図７に示す本発明による第３の実施の形態のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置の要部を示す説明図が示されている。
【００９２】
ここで、本発明による第３の実施の形態による逓倍装置３０（図７参照）と本発明の第２の実施の形態による逓倍装置２０（図４参照）とを比較すると、上記した本発明による第２の実施の形態の逓倍装置２０は、λ／４板１４と互いに対向する反射面２６ｂ，２６ｃに対して垂直に位置する上端面２６ｄならびに下端面２６ｅを備えた周波数逓倍器２６とを有しているのに対して、本発明による第３の実施の形態の逓倍装置３０は、ファラデー回転子２４と互いに対向する反射面３６ｂ，３６ｃに対して斜めに位置する上端面３６ｄならびに下端面３６ｅを備えた周波数逓倍器３６とを有している点において、第２の実施の形態の逓倍装置２０と異なっている。
【００９３】
より詳細には、ファラデー回転子２４は、偏光ビームスプリッター１２の後段に配設され、入射した光を円偏光にするものではなく、当該素子を一旦透過するたびに直線偏光のまま偏光方向を４５度だけ回転させるものである。なお、このファラデー回転子２４は、当該ファラデー回転子２４を透過した後の偏光方向が、周波数逓倍器３６に対してｐ偏光になるようにして配設されている。
【００９４】
また、第３の実施の形態の逓倍装置３０の周波数逓倍器３６は、ガラスにより形成され反射面３６ｂ，３６ｃに対して直交する方向に沿った中央断面形状が略台形形状となる本体部３６ａと、本体部３６ａの一方の面に形成された反射面３６ｂと、本体部３６ａの反射面３６ｂと対向する面に形成された反射面３６ｃ、反射面３６ｂ，３６ｃに対して斜めに位置し、周波数逓倍器３６の外部から周波数逓倍器３６内へ入射する光に対してブリュースター角θ（図７ならびに図８参照）の入射端面となる上端面３６ｄと、反射面３６ｂ，３６ｃに対して斜めに位置し、周波数逓倍器３６内から周波数逓倍器３６の外部へ出射する光に対してブリュースター角θ（図７参照）の出射端面となる下端面３６ｅとを有するものである。
【００９５】
即ち、逓倍装置３０の周波数逓倍器３６は、上記した第２の実施の形態の逓倍装置２０の略直方体形状の周波数逓倍器２６（図４参照）の両端をカットした状態に等しく、反射面３６ｂの面積に比べて反射面３６ｃの面積のほうが大きくなっており、反射面３６ｂの上方側の縁部から上端面３６ｄが延設され、反射面３６ｂの下方側の縁部から下端面３６ｅが延設されている。そして、これら反射面３６ｂ、上端面３６ｄならびに下端面３６ｅを、偏光ビームスプリッター１２ならびにファラデー回転子２４が配設されている側に位置させて、周波数逓倍器３６はファラデー回転子２４の後段に少し傾いて配設されている。
【００９６】
なお、周波数逓倍器３６の反射面３６ｃには、上記した第１の実施の形態の周波数逓倍器１６の反射面１６ｃならびに第２の実施の形態の周波数逓倍器２６の反射面２６ｃと同様にして、反射率１００％の逆分散ミラーコーティングが施されているものである。
【００９７】
また、互いに対向する２つの反射面である反射面３６ｂと反射面３６ｃとの間の距離たる周波数逓倍器３６の厚みｄ（図７ならびに図８参照）は、上記した第２の実施の形態の周波数逓倍器２６の厚みｄ（図４ならびに図５参照）と同様に式２により設定され、反射面３６ｂと反射面３６ｃで挟まれた誘電体基板よりなる本体部３６ａ内を光が往復するのに要する時間が、ちょうど光の周波数の逆数の整数分の１になるような厚みに設定されている。
【００９８】
そして、周波数逓倍器３６の反射面３６ｂの反射率は、上記した第２の実施の形態の周波数逓倍器２６の反射面２６ｂ（図４ならびに図５参照）と同様に式４により設定され、一定ではなく変化しているものである。
【００９９】
以上の構成において、本発明による逓倍装置３０を用いてパルスレーザー光の繰り返し周波数を逓倍するには、まず、逓倍装置３０の外部のパルスレーザー１００から出射された入射面に平行な直線偏光であるｐ偏光のパルスレーザー光Ｌ１を、偏光ビームスプリッター１２の面１２ａに垂直に入射する。
【０１００】
そうすると、面１２ａに垂直に入射されたパルスレーザー光Ｌ１はｐ偏光なので偏光ビームスプリッター１２を透過して、偏光ビームスプリッター１２の面１２ｂから出射され、偏光ビームスプリッター１２の後段に配設されたファラデー回転子２４に入射される。
【０１０１】
ファラデー回転子２４によって入射されたパルスレーザー光は直線偏光のまま偏光方向を４５度だけ回転し、こうして周波数逓倍器３６に対して直線偏光かつｐ偏光とされたパルスレーザー光が、周波数逓倍器３６の入射端面である上端面３６ｄにブリュースター角θ（図７ならびに図８参照）で斜めに入射し、その後、反射面３６ｂ，３６ｃによって反射されて反射面３６ｂと反射面３６ｃとで挟まれた本体部３６ａ内を往復する。
【０１０２】
こうして光が周波数逓倍器３６内を往復する際に、反射面３６ｂに到達した光は反射面３６ｂの透過率に応じて反射面３６ｂを透過して、反射面３６ｂから周波数逓倍器３６の外部へと出射して再びファラデー回転子２４を透過し、偏光ビームスプリッター１２の面１２ｂに垂直に入射する。また、周波数逓倍器３６の出射端面である下端面３６ｅ（図８参照）に到達した光は１００％の透過率で下端面３６ｅから周波数逓倍器３６の外部へと出射して再びファラデー回転子２４を透過し、偏光ビームスプリッター１２の面１２ｂに垂直に入射する。
【０１０３】
ここで、周波数逓倍器３６の外部へと出射した後にファラデー回転子２４を透過することで、その偏光方向がさらに４５度回転し、結果として、逓倍装置３０の外部のパルスレーザー１００から出射されたパルスレーザー光Ｌ１の偏光方向と９０度回転した状態になる。このため、偏光ビームスプリッター１２の面１２ｂに垂直に入射したパルスレーザー光は反射されて取り出される（図７に示すパルスレーザー光Ｌ４参照）。
【０１０４】
こうして反射面３６ｂ，３６ｃで挟まれた誘電体基板内を往復して逓倍装置３０から取り出されたパルスレーザー光Ｌ４は、２つの反射面３６ｂと反射面３６ｃとで挟まれた誘電体基板内を光が往復するのに要する時間が光の周波数の逆数の整数分の１になるような厚みｄ（式２参照）を有する周波数逓倍器３６内で多重反射することによって、時間軸上で元のパルスの間にパルスが櫛状に順次挿入されることになり、パルスレーザー光の繰り返し周波数を逓倍することができる。
【０１０５】
上記したように、本発明の第３の実施の形態によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置３０においては、周波数逓倍器３６を少し傾けて配設し、ブリュースター角θで入射したパルスレーザー光が周波数逓倍器３６内を往復する回数が増加するのに従って反射位置がシフトするようにし、さらに周波数逓倍器３６の反射面３６ｂの反射率を式４により変化するようにしたため、上記した第２の実施の形態の逓倍装置２０と同様に、パルスレーザー光の繰り返し周波数を任意に設定することができるとともに、周波数逓倍器３６から出射した出射パルスの強度を一定にすることができる。
【０１０６】
また、本発明の第３の実施の形態による逓倍装置３０においても、上記した第１の実施の形態の逓倍装置１０ならびに第２の実施の形態の逓倍装置２０と同様に、上記「背景技術」の項において記載した従来の技術の有する［問題点１］〜［問題点４］を解消することができ、安定して良好な動作状態を維持し、単一の逓倍装置３０によって、２倍以上、即ち、２倍、３倍、４倍、５倍（図６参照）、６倍・・・とパルス数を増加することができる。
【０１０７】
ここで、本発明の第３の実施の形態による逓倍装置３０と上記した第２の実施の形態による逓倍装置２０とはいずれも、図６に示すように、周波数逓倍器２６，３６から出射した出射パルスの強度を一定にすることができるものである。
【０１０８】
しかしながら、上記した第２の実施の形態による逓倍装置２０においては、パルスレーザー光（図５における破線矢印参照）が周波数逓倍器２６の外部から反射面２６ｂに入射し、周波数逓倍器２６内を往復して周波数逓倍器２６の外部へ出る最後の出射光（図５に示すＯｍ参照）も反射面２６ｂから出射するので、最初の反射光と最後の出射光の強度を完全にコントロールして、周波数逓倍器２６から出射する全ての出射光のパルスの強度を均一化するのは困難なものであった。
【０１０９】
こうした第２の実施の形態に対して、本発明の第３の実施の形態の逓倍装置３０においては、パルスレーザー光（図８における破線矢印参照）が周波数逓倍器３６の外部から周波数逓倍器３６の入射端面である上端面３６ｄにブリュースター角θ（図７ならびに図８参照）で入射するようにしたので、１００％の透過率で周波数逓倍器３６内に光を導入することができる。また、周波数逓倍器３６内を往復して周波数逓倍器３６の外部へ出る最後の出射光（図８に示すＯｍ参照）が、周波数逓倍器３６の出射端面である下端面３６ｅからブリュースター角θ（図８参照）で出射するようにしたので、１００％の効率で最後の光を取り出すことができる。
【０１１０】
従って、本発明の第３の実施の形態においては、周波数逓倍器３６の入射端面と出射端面とをブリュースター角にすることで、両端面での反射光を除去して、最初の反射光と最後の出射光の強度を完全にコントロールし、周波数逓倍器３６から出射する全ての出射光のパルスの強度を均一化することができるものである。しかも、こうした本発明の第３の実施の形態によれば、周波数逓倍器３６の反射面３６ｂによる余計な反射光がないため、理論上は光量のロスなく光を利用することができる。
【０１１１】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（４）に説明するように変形することができる。
【０１１２】
（１）上記した第２の実施の形態の逓倍装置２０（図４ならびに図５参照）においては、下端面２６ｅ側より上端面２６ｄ側のほうが前段のλ／４板１４に近づくようにしてβ＜９０°で周波数逓倍器２６が少し傾いて配設されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、図９に示す逓倍装置２０’のように、周波数逓倍器２６’が、上端面２６ｄ側より下端面２６ｅ側のほうが前段のλ／４板１４に近づくようにしてβ＜９０°で少し傾いて配設されるようにしてもよい。
【０１１３】
この際、逓倍装置２０’（図９参照）においては、周波数逓倍器２６’の反射面２６ｂ’の反射率を下端面２６ｅ側から上端面２６ｄ側に向かう方向で低くなるように設定し、周波数逓倍器２６’の外部からパルスレーザー光を反射面２６ｂ’の下端面２６ｅ近傍の部位に角βで入射させ、周波数逓倍器２６’内を往復するのに従って反射位置を上方側へとシフトさせるようにすれば、上記した第２の実施の形態の逓倍装置２０と同様にパルスレーザー光の繰り返し周波数を逓倍することができる（図９に示すパルスレーザー光Ｌ５参照）。
【０１１４】
また同様にして、上記した第３の実施の形態の逓倍装置３０（図７ならびに図８参照）において、上端面３６ｄ側より下端面３６ｅ側のほうが前段のλ／４板１４に近づくようにして周波数逓倍器３６を少し傾いて配設し、反射面３６ｂの反射率を下端面３６ｅ側から上端面３６ｄ側に向かう方向で低くなるように設定しても、逓倍装置３０と同様の効果を奏しパルスレーザー光の繰り返し周波数を逓倍することができる。
【０１１５】
（２）上記した第１、第２ならびに第３の実施の形態の逓倍装置１０，２０，３０においてはいずれも、偏光ビームスプリッター１２とλ／４板１４とを配設するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、偏光ビームスプリッター１２とλ／４板１４とを配設せずに、例えば、図１０に示す逓倍装置１０’のようにビームスプリッター１８を配設するようにしてもよく、要は、周波数逓倍器１６，２６，３６から出射した光を取り出す（図１０に示すパルスレーザー光Ｌ６参照）ための光学素子などの各種構成を配設すればよい。
【０１１６】
従って、上記した第１の実施の形態の逓倍装置１０ならびに第２の実施の形態の逓倍装置２０のλ／４板１４に代えて、上記した第３の実施の形態の逓倍装置３０のファラデー回転子２４を配設するようにしても、周波数逓倍器１６，２６から出射した光を取り出すことができる。
【０１１７】
また、上記した第２ならびに第３の実施の形態の逓倍装置２０，３０においては、周波数逓倍器２６，３６が少し傾いて配設され、周波数逓倍器２６，３６に入射する入射光と周波数逓倍器２６，３６から出射する出射光とがそれぞれ角度を有するので、こうした場合には、例えば図１１に示すように、周波数逓倍器３６に入射する入射光は、前段に配設されたミラー３４の脇を通すようにし、周波数逓倍器３６から出射した出射光のみをミラー３４に入射させて、当該ミラー３４によって反射するように構成することもできる。
【０１１８】
（３）上記した第１、第２ならびに第３の実施の形態の逓倍装置１０，２０，３０においてはいずれも、周波数逓倍器１６，２６，３６の本体部１６ａ，２６ａ，３６ａはガラスにより形成されようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、周波数逓倍器１６，２６，３６の本体部１６ａ，２６ａ，３６ａを構成する誘電体基板に用いる材料については、基本的に使用する波長域においてできるだけ透明で、かつ、高強度のレーザー照射に耐えられるものが最適である。
【０１１９】
周波数逓倍器１６，２６，３６の具体的な材料としては、例えば、逓倍装置１０，２０，３０に入射するパルスレーザー光が可視光域ではＢＫ７などの光学硝子が使用でき、可視域から紫外域をカバーする材料としては合成石英が使用できる。一方、近赤外域ではシリコン（Ｓｉ）や無水合成石英、赤外域ではＺｎＳｅが利用できる。また、およそ波長２００ｎｍの紫外域から７μｍ程度の赤外域においては、ＣａＦ２，ＭｇＦ２などの結晶は使用することができ、波長２５０ｎｍから４μｍの範囲ではサファイアも使用することができる。
【０１２０】
なお、周波数逓倍器１６，２６，３６の形成する具体的な材料に応じて、反射面１６ｂ，１６ｃ，２６ｂ，２６ｃ，３６ｂ，３６ｃを形成する材料や形成方法を適宜変更するとよい。
【０１２１】
（４）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、フェムト秒レーザーを光源に用いた光加工、光記録技術などにおいて利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】図１は、従来の逓倍方法を示す説明図である。
【図２】図２は、本発明による第１の実施の形態のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置を示す概略構成説明図である。
【図３】図３は、逓倍率が５倍の場合のパルスレーザー光のパルスを模式的に示す説明図である。
【図４】図４は、本発明による第２の実施の形態のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置を示す概略構成説明図である。
【図５】図５は、図４に示す本発明による第２の実施の形態のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置の要部を示す説明図である。
【図６】図６は、逓倍率が５倍の場合のパルスレーザー光のパルスを模式的に示す説明図である。
【図７】図７は、本発明による第３の実施の形態のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置を示す概略構成説明図である。
【図８】図８は、図７に示す本発明による第３の実施の形態のパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置の要部を示す説明図である。
【図９】図９は、本発明によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置の他の例を示す概略構成説明図である。
【図１０】図１０は、本発明によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置の他の例を示す概略構成説明図である。
【図１１】図１１は、本発明によるパルスレーザー光の繰り返し周波数逓倍装置の他の例を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１０，２０，３０    逓倍装置
１２                偏光ビームスプリッター
１４                λ／４板
１６，２６          周波数逓倍器
１６ａ，２６ａ      本体部
１６ｂ，１６ｃ，２６ｂ，２６ｃ，３６ｂ，３６ｃ    反射面
２６ｄ，３６ｄ      上端面
２６ｅ，３６ｅ      下端面
１００                パルスレーザー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006133347.tif 000008
【図７】
2006133347.tif 000009
【図８】
2006133347.tif 000010
【図９】
2006133347.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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