(57)【要約】  本発明は、再現可能な増幅器原理によって操作する高度に繰り返すレーザーシステムに関する。前記システムは、少なくとも一つの増幅したレーザー媒質（６）と、少なくとも一つの共振ミラー（５）と少なくとも一つの変調器（３）と前記レーザー媒質（６）をポンプするために用いられるポンプ源、特にレーザーダイオード源とを備えたレーザー共振器とからなる。前記高度繰り返しレーザーシステムは、構造又は材料によって高度分散効果を有するパルス拡張器（７）がレーザー共振器に集積化されることのおかげでコンパクトである。
2007512693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
増幅したレーザー媒質（６）と
少なくとも一つの共振器ミラー（５）を有するレーザー共振器と、少なくとも一つの変調器（３）と
レーザー媒質（６）をポンプするための、特にレーザダイオードからなるレーザーポンプ源とからなり、
前記レーザー共振器が、構造及び／又は材料に関連した高度分散効果を有するパルス幅延長回路（７、８ａ、８ｂ）を有することを特徴とする、再生増幅器の原理に従う繰り返し率が５０ｋＨｚ以上のレーザーシステム。
【請求項２】
前記パルス幅延長回路（７、８ａ、８ｂ）が、最大２次分散と組み合わせて最低第３次分散を有することを特徴とする請求項１記載のレーザーシステム。
【請求項３】
前記パルス幅延長回路（７）が、特にＳＦ５７ガラス又はＳＦ１０ガラス又はＢＫ７ガラスからなる高度に分散した材料のブロックを有することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザーシステム。
【請求項４】
多重反射が前記ブロック内部で、特に界面反射によって発生することを特徴とする請求項３記載のレーザーシステム。
【請求項５】
前記パルス幅延長回路（８ａ、８ｂ）が好ましくは折り返しミラーとしてのＧｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ干渉計又は分散的層構造を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１記載のレーザーシステム。
【請求項６】
前記パルス幅延長回路（８ａ、８ｂ）が少なくとも２枚の反射面を有し、前記反射面は互いに対し指向性を持ち特に調整可能な開き角となるように配され、前記レーザービームは少なくとも２度少なくとも前記面の一つで反射されることを特徴とする請求項５記載のレーザーシステム。
【請求項７】
前記レーザー媒質（６）が１ｍｓ以上の反転ライフタイムを有し、特にイッテルビウムガラス又はイッテルビウム結晶であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１記載のレーザーシステム。
【請求項８】
シードパルスがフェムト秒パルス又はピコ秒パルスでレーザー共振器に入力するように形成され配置された、シードパルスを入力するためのフェムト秒発振器（１３）を特徴とする請求項１ないし７のいずれか１記載のレーザーシステム。
【請求項９】
変調器（３）としての電気光学的スイッチング素子を特徴とする請求項１ないし８のいずれか１記載のレーザーシステム。
【請求項１０】
レーザー共振器の外側にある特にＴｒｅａｃｙ設計に従うパルス圧縮器を特徴とする請求項１ないし９のいずれか１記載のレーザーシステム。
【請求項１１】
前記パルス圧縮器が、１７００ライン／ｍｍ以下の、好ましくは１２００ライン／ｍｍ以下の分散性回折格子を有することを特徴とする請求項１０記載のレーザーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の特徴項の前の項に記載のコンパクトな設計の高度繰り返しレーザーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの分野、例えば生体医学や材料処理の分野において、高強度のレーザーパルスが要求されている。標準的な切断又は加工しきいエネルギー密度を超えるため、また効果的な処理を可能とするために、良好なビーム品質（M2 が 1.2未満）と500フェムト秒以下のパルスと共に、一般に、パルスエネルギーが1〜10マイクロジュールの範囲を意味する。
【０００３】
材料加工の領域において、ガラス又はプラスチック製の自由にかつ非常に正確に形成された導波管について書くことは、使用例を書くことを意味し、この技術は将来のテレコミニュケーションネットワークに対し非常に重要である。
【０００４】
短く効率的なエネルギー（主にマルチフォトン吸収による）の導入によって、熱機械学的な副次効果がフェムト秒パルスの場合に無視される傾向にある。これは、ピント合わせと共に、上述の精密さに対する回折限界をもたらし、医学応用における苦痛からの開放につながる。もし閾値エネルギー密度に到達した場合、その処理が相対的に高度の繰り返し率で実現可能であることが処理速度を向上させるために更に重要となる。
【０００５】
特に再生増幅器又はチャープパルス再生増幅器（ＣＰＡ）を備えた今日のレーザー装置は必要なエネルギーを実現するが、しばしば所要のパルス幅延長回路／圧縮器ユニットのサイズによって制限される。しばしば、チタンサファイヤシステムの場合に、高額な嵩張ったポンプレーザーの必要性が付加的側面としてある。さらに、前記システムは今日一般的に通常１０〜２０ｋＨｚの繰り返し率で実現されている。さらに、特にパルス幅延長回路において外部部品は非常に複雑なものとなり、調整に大きな骨折りを伴う。
【０００６】
チャープパルス増幅原理による再生増幅器を備えたレーザーシステムが、例えばＵＳ２００３／００９５３２０やＭ．Ｐｅｓｓｏｔらの「アレキサンドライト再生増幅器における３００フェムト秒パルスのチャープパルス増幅」（ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、ＱＥ−１９、６１−６６ページ、１９８９年）やＨ．Ｌｉｕらの「直接的なダイオードポンプによるイッテルビウム：ＫＹ（ＷＯ4）2再生増幅器」（Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．２７、７２２−７２４ページ、２００２年）に開示されている。これらの文献は、言及することにより本出願に組み入れられるものと考えられる。
【０００７】
設計の大幅なコンパクト化は、より低いエネルギーのシステムにおいて再生増幅器への入力前のシードパルス幅を延長するパルス幅延長回路無しとすることで達成可能である。パルス幅延長回路の効果は、前記分野において例えば増幅媒質、Ｐｏｃｋｅｌｓセル、１／４波長板又は薄膜偏光子といった一般的に存在する再生増幅器の部品によってもたらせられる。外部パルス幅延長回路の無い前記従来のレーザーシステムは、例えば、「パルス幅延長回路の無い高繰り返し率のコンパクトチタンサファイアフェムト秒パルス増幅器」（Guanghua Cheng, Lianjun Yu, Yishan Wang, Qing Liu, Guofu Chen, Wie Zhao著、Ｃｈｉｎｅｓｅ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．１、ｎｏ．４、２０th Ａｐｒｉｌ  ２００３、２２５−２２７ページ）に開示されている。この文献は、言及することにより本出願に組み込まれるものと考えられる。レーザー媒質としてのチタンサファイヤを備えたこのアレンジメントにおいて、特別に形成されたパルス幅延長回路が、再生増幅器のキャビティのシステム部品の分散作用によって生じる必要なパルス幅延長回路を不要とする。その結果、圧縮が二対のプリズムによって引き起こされる。８０フェムト秒以下の持続期間のシードパルスがすべてのサイクル期間中にトータルで２．１３ピコ秒まで延長される。開始パルス出力は、１００マイクロジュールである。シードパルスの増幅期間中のレーザー媒質へのダメージを回避するために、サファイヤ結晶が共焦点キャビティの焦点の外側に置かれ、よって高いポンプ出力でさえダメージが生じない。しかし、ｃｗポンプにおける増幅の欠如のおかげで、これがパルス方式での増幅器のポンピングの必要性を導き、次には低い繰り返し率（〜１ｋＨｚ）に帰結する。
【０００８】
類似のアレンジメントが「２５０ｋＨｚでのチタンサファイヤ再生増幅器を用いたフェムト秒パルス増幅と連続生成への応用」（T . B. Norris, Optics Letters, vol.17, no. 14, 15th July 1992, 1009-1011ページ）に記載されている。この文献は、言及することにより本出願に組み込まれるものと考えられる。１．７マイクロジュールの出力のパルスを得るために、シードパルスは約１０ピコ秒までキャビティ内のサイクルでシステム部品の分散によって延長される。圧縮のために、一連の６個のプリズムが用いられる。本システムにおいても、複雑で嵩張った高価なポンプレーザーシステムが必要である。さらに、二つの音響光学変調器を増幅器の切り換えのために用いなければならない。
【０００９】
「超短高出力マルチキロヘルツパルスのための外部延長回路不要のチタンサファイヤ再生増幅器」（Taiha Joo, Yiwei Jia, Graham R.  Fleming, Optics Letters, vol. 20, no. 4, 15th February 1995,  389-391ページ）において、フリントガラスからなる２対のプリズムのキャビティ内での使用が記載され、プリズム対はシード経路を約２０ピコ秒延長する。この文献は、言及することにより本出願に組み込まれるものと考えられる。その結果、５ｋHz以上の繰り返し率と５０マイクロジュール／パルスのエネルギーを有するパルスが得られる。このアレンジメントにおいて、大きな長さの外部パルス幅延長回路の効果は、キャビティ内部の同種のパルス幅延長回路の繰り返し通過によって置き換えられる。しかし、キャビティ内部でのプリズム対の使用は、増幅器をよりコンパクトにすることを制限する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来技術の一般的なタイプのレーザーアレンジメントは、達成可能なパルス幅延長回路に関し、システム部品の材料分散によって制限され、又は内部プリズムの設計によって十分なコンパクトさを許容されない。
【００１１】
さらに、パルスポンプシステムの場合に選択された設計は、チタンサファイアを用いたレーザー媒質に対し好都合である。非常に効果的なチタンサファイアの断面のおかげで、ビームの断面は必要な増幅要因と非常に高い強度とを達成するために十分大きく保つことができ、従って材料の損傷を回避できる。従って、システム部品によって生み出されるパルス幅延長回路は、臨界の強度閾値以下に維持するに十分である。さらに、チタンサファイヤの大きな放射帯域幅のおかげで、分散型パルス幅延長回路は増幅器のフィルタリングによって最小限にのみ抑制される。しかし、分散はシステム部品に依存して残存し、僅かな範囲でのみ影響を受けることができる。例えばイッテルビウムをドープしたレーザー媒質のような、より少ない効果的な断面を有する他の材料に対して、これらの構造的可能性はもはや適用できない。より少ない効果的断面のおかげで、ビーム断面はより強く焦点合わせされてより大きなパルスの幅延長が自己焦点合わせを回避するために要求され、又は、パルスエネルギーがおよそ数１０マイクロジュール以下で残存しなければならない。先行技術で実現されたレーザーアレンジメントは、このようにチタンサファイヤレーザー媒質又は類似の材料に対し特別な形状の解を構成する。又は，例えばイッテルビウムをドープしたレーザー媒質のような他の材料を用いて実現した場合に、例えばコンパクトさ不足や高度の複雑さといった問題を引き起こす。
【００１２】
本発明の目的は、コンパクトな設計のダイオードポンプ再生増幅器として一般的なタイプのレーザーシステムのためのレーザー媒質の使用可能範囲を拡張することである。
【００１３】
別の目的は、コンパクトな設計で、持続時間が４００フェムト秒以下で繰り返し率が５０ｋHz以上のマイクロジュール範囲のレーザーパルスを生成するレーザーシステムを提供することである。
【００１４】
本発明のまた別の目的は、上記範囲で慣性不安定の無いレーザーシステムの提供である。
【００１５】
また別の目的は、再生増幅器としての一般的なタイプのレーザーシステムの複雑さを減少することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
これらの目的は、請求項１又は従属項の主題によって達成され、又は解法がさらに発展する。
【００１７】
本発明は、再生増幅器の原理に従い、高度に繰り返し、コンパクトなレーザーシステムに関し、パルス幅を延長するための外部パルス幅延長回路がチタンサファイヤ以外のレーザー媒質の使用をせずに達成され、レーザーシステムの設計に新たな自由度を許容する。
【００１８】
本発明によれば、例えば１ミリ秒以上の比較的長い保存時間を有する広帯域レーザー増幅器媒質が用いられる。コンパクトなアレンジメントが実現できるダイオードポンピングが可能なイッテルビウムガラス又は種々のイッテルビウム結晶が、この例として言及されてもよい。一般的に、これら材料は非常に小さな刺激された効果的な断面（０．１〜５ｅ−２０平方センチメートル）を有し、しかし、長い蓄積時間のおかげで、それにもかかわらず、特に高輝度を有するポンプ源のための許容利得値を得ることができる。
【００１９】
シードパルスを再生増幅器に入力するために、できるだけコンパクトな、かつ短いシードパルスに適し、波長に関しては、増幅器媒質において活発な遷移に対応するフェムト秒パルス発信器を使用することができる。
【００２０】
５０ｋHzを越える繰り返し率を許容する電気光学的スイッチング素子を、駆動素子として用いることができる。音響光学的モジュレーターを有するアレンジメントと対照的に、電気光学的モジュレーターの使用時には単一の部品で十分であり、よりコンパクトな設計が可能となる。
【００２１】
高輝度ダイオードポンプ源は、好ましくはレーザー媒質のポンピングに適したものである。
【００２２】
パルス幅延長回路とそれに続く圧縮とは、互いに合わさった部品によって成立するが、他のシステム部品の材料に関連した分散も利用可能であり、又はそのシステムの設計に含めることができる。本発明に係る、この目的のために特に設計され、分散効果を有し、そのパラメータがコンパクトなレーザーシステムの設計を許容するような部品は、キャビティ内部のパルス幅延長回路として利用される。適した構成部品は、例えば分散型ミラー又は高度に分散した媒質のブロックであり、例えばＳＦ５７ガラスである。2次（正）の分散の３次（正）の分散に対する有利な割合は、例えば最小の３次分散と最大の２次分散との組み合わせによって達成されなければならない。
【００２３】
キャビティ内部のパルス幅延長回路に関連する圧縮器は、例えば１７００ライン／ミリメートル未満又は１２００ライン／ミリメートル未満の相対的に少ない数のラインを有する分散型回折格子を用いて都合よく形成できるので、最小３次の分散も実現可能である。一方、コンパクトにすることの要求は、ライン数をなるべく小さく選ばせようとする。
【００２４】
レーザーシステムはその機能がチャープパルス増幅（ＣＰＡ）原理を基礎としているが、しかしいくつかの点で変更され、さらに発展している。
【００２５】
標準のＣＰＡと対照的に、シードパルスは例えばＭａｒｔｉｎｅｚによれば外部回折格子パルス幅延長回路によっては広がらず、数１０ピコ秒程度の持続時間を有するフェムト秒パルス又はピコ秒パルスとして再生増幅器に入力される。本発明によれば、僅かな延長はキャビティ外部で、例えば分散材料のブロックによって達成することができるが、完全な延長はキャビティ外では発生しない。一方、初期に短く又は最大に予備延長されたパルスは、次に各サイクルごとにキャビティ内部で高度分散部品、例えば分散材料のブロック又はミラーアレンジメントによって広げられる。この結果として、無視できるＢ積分がそれほど過度に高くない例えば３０マイクロジュール以下の最終エネルギーと共に蓄積され、そして自己位相変調（ＳＰＭ）による破壊又はパルスの広がりは生じない。
【００２６】
完了後、特定の完全な増幅又はキャビティ内の全サイクルにおいて、標準的なパルス幅はその時数１０ピコ秒である。これは１５０フェムト秒の持続時間を有する変換制限型シードパルス一般的に当てはまり、共振器内の付加的な高度分散部品による延長定数は、排他的な本来の部品より３〜１０倍大きい。
【００２７】
高輝度ポンプダイオードは、再生増幅器においてサイクル当り比較的高い増幅定数（例えば小信号利得Ｇ0＝１．２  ．．．  １．３）を引き起こす。さらに、これは高度繰り返し率と長反転寿命と小刺激効果的断面のおかげで準ＣＷモードで比較的高利得値で飽和する。これは、必要なパルスエネルギーを得るために、なるべく小さい数のサイクルを選択することで達成され、一般的に１００サイクル未満である。高すぎる利得値を有するシステム設計において、サイクル数は一方で与えられた最終エネルギーにおいて低すぎるかもしれず、増幅されたパルスは分散的広がりの欠如のために短過ぎるので、レーザー媒質の破壊を引き起こすかもしれない。
【００２８】
一方で、増幅器の最小サイクル数は、非補償型の３次分散、例えば高度に分散したガラスブロックと回折格子圧縮器との組み合わせによる正の分散が、最小のまま残存し、圧縮後、最小パルス幅が３次の分散によってのみ僅かに制限されることを保証する。特に、非常にコンパクトな圧縮器も小さな数のサイクルの影響を最小限にすることで実現可能である。
【００２９】
本発明によって最適な、さらに長反転寿命を有するレーザー媒質の選択は、所望の繰り返し率において、単体の可能な初期エネルギー状態において、増幅器が安定して動作周波数に忠実に操作可能であるという点で有利であり、これはサイクル数の選択とは無関係である。
【００３０】
ＳＦ５７（例えばＳｃｈｏｔｔから）光学ガラス部品を用いたキャビティ内部の材料分散は、一般にこのガラスに律され、例えば以下の式から得られる。
【数１】
2007512693.tif 000003
【数２】
2007512693.tif 000004
【数３】
2007512693.tif 000005
【数４】
2007512693.tif 000006
【００３１】
例えば、Ｂｒｅｗｓｔｅｒ条件を維持しながら各場合において放射線が入出力される５０ミリメートル長のＳＦ５７ブロックに対しては、次式が与えられる。
【数５】
2007512693.tif 000007
【００３２】
他のガラスタイプに対しては、以下の値が得られる。
ＳＦ１０に対し
【数６】
2007512693.tif 000008
ＢＫ７に対し
【数７】
2007512693.tif 000009
【００３３】
分散部品によって成立する分散から、キャビティ内のτFWHM＝１５０フェムト秒のｓｅｃｈ2（１．７６３＊ｔ／τFWHM）のシードパルスの延長は、次式に従う。
【数８】
2007512693.tif 000010
【００３４】
加えて、例えばＰｏｃｋｅｌｓセル、レーザー媒質、１／４波長板や偏光子といった、キャビティの別の部品は、一般的に約４０００フェムト秒の追加の分散的断片となり、１サイクル当りの分散として全体で以下のようになる。
【数９】
2007512693.tif 000011
【００３５】
もし増幅器フィルタリングが、この場合分散的広がりに歯止めをかけるものであるが、無視するとすれば、全体のパルス幅延長としては、８０サイクルの後で次式となる。
【数１０】
2007512693.tif 000012
相対的に、ＳＦ５７無しで得ることのできる約４０００平方フェムト秒の分散と、それによって得られた約４．２ピコ秒のパルスの広がりと、因子５によって増加したパルス強度とが達成される。
【００３６】
本発明によれば、キャビティ内部で生じるパルス幅延長と合致する種々の圧縮器の設計が、パルス圧縮器として利用可能である。かかるコンパクトな実施例のための、その後に続く圧縮に適した設計としてのＴｒｅａｃｙ圧縮器が例えばAgrawal, G.P., Nonlinear Fiber Optics, Academic Press 1989, 150ページ目に記載されている。
【００３７】
圧縮器の回折格子間の光路長Ｌopt、又は同じ回折格子を繰り返し用いた場合の距離である光路長と、格子定数Γとｄ＝１／Γとを用いて、
【数１１】
2007512693.tif 000013
ここでΘは法線と入射ビームとの回折格子上でなす角度であり、γは回折格子への入射角である。
【００３８】
上述の値がβ2＝２００００平方フェムト秒で８０サイクルの時に、以下の分散が得られる。
【数１２】
2007512693.tif 000014
これより、光路長は以下になる。
【数１３】
2007512693.tif 000015
【００３９】
本発明に係る動的安定性を得るため又は維持するために、上限でτLの長寿命を有するレーザー媒質が用いられる。
【００４０】
全体的に、動的安定性を計算するために、文献（ＵＳ６０／４７４、２５０）に記載されたアプローチを選択することができ、前記アプローチはこれによって本出願に完全に組み入れられたものと考える。τLの異なる値を有する２つの材料のためのシステムを記載する微分方程式のシステムの数値解は、以下の結果となる。
【表１】
2007512693.tif 000016
寿命と出力エネルギーのどちらも、関連したゲート長の範囲に対する再生増幅器の周波数の関数として計算される。
【発明の効果】
【００４１】
結果として、２５０ｋＨｚ以上の範囲であっても安定して振舞い、過度に高い強度下でも破壊しない部品を有する高度の繰り返しをするコンパクトなレーザーシステムは、本発明によるダイオードポンプしたレーザー媒質と、キャビティ内部のパルス幅延長回路と、キャビティ外部の圧縮器と、音響光学でない電気光学的スイッチング部品との選択と仕立てによって実現することができる。本発明に係るレーザーシステムは、以下の図面とともに実施例によってより詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１は、従来技術に係る再生増幅器の原理に従ったレーザーシステム用の一般的なタイプのシステム部品を備えたキャビティである。シードレーザー源からの偏光したシードレーザーパルスは、偏光子１を経由してへ入力し、例えばポッケルスセルのような電気光学的変調器３と4分の１波長板を通過した後にミラー４で反射される。電気光学的変調器3に印加した電圧に応じて、レーザービームの偏光面は回転して偏光子１を通過できるようになる。従って適切な切り換えによって、アレンジメントにパルスを入力することも、それらをレーザーパルスSとして出力することも可能である。従って偏光子1と共に電気光学的変調器3は、外部制御可能なスイッチを形成し、これによってレーザーパルスは二者択一的に入力と出力が可能となり、共振器の品質を制御することができる。もしパルスが入力されて共振器内部でトラップされると、レーザー媒質６で各経路毎に増幅されて、折り返しミラー５のところで複合的な反射が生じる。レーザー媒質6は、図示しない外部レーザーダイオード源によって光学的にポンプされる。数回の共振サイクルとレーザー媒質6を経由した後に、電気光学的変調器3の切り換えによる偏光の別の回転によってパルスはレーザーパルスＳとして偏光子1を通って出力される。このアレンジメントは、復元可能な増幅器又は再生増幅器の一例を示したに過ぎない。
【００４３】
図２において、図１に示した本発明に係るレーザーシステムの第1実施例のキャビティは、パルス幅延長回路７としての分散―影響素子を導入することで変形されている。本例において、ＳＦ５７タイプのガラスブロックからなるパルス幅延長回路7が２枚の折り返しミラー５の間のビーム経路に導入される。パルス幅延長回路７に可能な限り損失無く入力するために、後者は２つのブリュースター窓から構成される。しかし本発明によれば、他の位置における他の形状をした他の材料からなる他の部品も用いることができる。従って、例えばＧｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ干渉計又は分散層構造は、分散ガラスブロックを有するパルス幅延長回路７に加えて、又は代替として、折り返しミラー５の一つに代わって位置することができる。更に、ガラスブロックは反射側面を有して形成することができ、よって同時に折り返しミラー５としても機能することができる。また別の設計の可能性としては、ガラスブロック又は他の分散性媒質内部での反射面又は空気との界面での多重反射がある。
【００４４】
図３に本発明に係るレーザーシステムの第二実施例であるキャビティの図解を示す。基本原理は、図１に示す再生増幅器の設計に対応している。偏光したシードレーザーパルスは、偏光子１を経由して１／４波長板２と電気光学的変調器３とミラー４とからなるアレンジメントへ入力される。ここでキャビティは、折り返しミラー５’とレーザー媒質６’によって図１又は図２と比較して変化したアレンジメントとして定義される。分散特性を有する２枚の反射部材８ａ、８ｂの組み合わせがパルス幅延長回路として用いられ、両表面は互いに対して僅かに傾いて入射光が多重反射して反射部材８ａ、８ｂへ数回到達するようになっている。キャビティ内におけるビーム経路の全体的な折り返しに加えて、分散性部材８ａ，８ｂとの繰り返しの相互作用によるパルス幅延長が、ただの１サイクル期間であっても達成される。もし例えば調整可能な入力用ミラーによって部材８ａ、８ｂの反射面間の角度が調整可能なように、又は入射角が可変なように設計されていれば、１サイクル当りの分散度とそれによるパルス幅延長は、反射回数によって変化させることができる。ここで、単に単純化のために、パルス幅延長回路を二つの部材８ａ、８ｂからなる単純な変形例として示す。しかし、パルス幅延長回路も、そこに入力するための光学システムも、ビームガイドのための更なる部材によって補完することができる。同様に、パルス幅延長回路は、反射が互いに傾斜した界面で発生するような１枚構成の形状であってもよい。それから分散効果は、媒質及び／又は随意的に適用された反射層によって達成することができる。パルス幅延長回路を実現するために適切な多重反射と関連する態様を用いた概念は、ＵＳ６０／４４２、９１７に記載されている。この文献は、本願に参照として組み込まれるものとして考慮される。
【００４５】
図４において、本願に係るレーザーシステムのためのＴｒｅａｃｙ設計によるパルス圧縮器を説明する。再生増幅器から出力されたレーザーパルスＳが、例えば１７００ライン／ｍｍ以下で、好ましくは約１２００ライン／ｍｍの回折格子９へ供給され、そこから2枚の９0度反射面を有する反射器１０を経由して回折格子９へ戻され、そこから背面反射ミラー１１へ供給される。ビーム反転がこのミラー１１によって成立し、レーザーパルスＳは回折格子と本例において４回相互作用をした後、圧縮器を同じ経路で離れる。本例において、レーザーパルスは回折格子の表面と垂直な軸に対し例えば５０度で入射し、２８．８度で反射する。圧縮に関連する２つの連続した回折格子による反射間の光路長は、上述の例の計算で示すように、わずかに約２１７ｍｍである。
【００４６】
図５に本発明に係るレーザーシステムの第1実施例の全アレンジメントの概念図を示す。既に説明したキャビティ設計に加えて、シードパルスを生成・入力するためとその後のパルス圧縮のための追加の部材を示す。
【００４７】
図６は、本発明に係るレーザーシステムの第１実施例のためのシードパルスと増幅したパルスの光学スペクトルを示す。
【００４８】
図７は、本発明に係るレーザーシステムの第１実施例のための理想的なパルスの自己相関の計算結果と比較した増幅したパルスの自己相関の測定結果を示す図である。
【００４９】
図８は、ゲート長と２ｍｓの蓄積時間に対する繰り返し率との関数としての出力エネルギーの安定性の計算結果図である。
【００５０】
図９は、ゲート長と１００μｓの蓄積時間に対する繰り返し率との関数としての出力エネルギーの安定性の計算結果図である。
【００５１】
図８と９は、出力エネルギーと繰り返し率とゲート長とで構成される特定のパラメーターの分岐点の形式での動的不安定性の発生を示す。例えばゲート長と周波数といった最適なパラメーターの組み合わせを選択することによって、本発明に従い不安定性を回避することが可能であり、また高度に繰り返すレーザーシステムを安定した方式で操作可能である。不安定なふるまいを抑圧する適切な方法と装置とは、ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００５８１２に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来例に係る再生増幅器原理に従うレーザーシステムのキャビティの図である。
【図２】本発明に係るレーザーシステムの第１実施例のキャビティの図である。
【図３】本発明に係るレーザーシステムの第２実施例のキャビティの図である。
【図４】本発明に係るレーザーシステムのためのパルス圧縮器の図である。
【図５】本発明に係るレーザーシステムの第１実施例の全体アレンジメントの図である。
【図６】本発明に係るレーザーシステムの第１実施例のためのシードパルスと増幅パルスの光学的スペクトル図である。
【図７】本発明に係るレーザーシステムの第１実施例のための理想的なパルスの自己相関の計算結果と実測した増幅パルスの自己相関とを比較した図である。
【図８】蓄積時間２ミリ秒での繰り返し率とゲート長の関数としての放射エネルギーの安定性との計算結果の図である。
【図９】蓄積時間１００マイクロ秒での繰り返し率とゲート長の関数としての放射エネルギーの安定性との計算結果の図である。
【符号の説明】
【００５３】
個々の部材を以下のように表す。
６’   レーザー媒質
９     回折格子
１０   反射器
１１   ミラー
１２   パルス遅延発生器とポッケルスセル用高電圧供給器
１３   フェムト秒パルス発振器  150フェムト秒, 80メガHz, 250ミリワット出力,1040ナノメートル波長
１４   ミラー
１４’ ミラー
ＰＤ   フォトダイオード
ＰＣ   ポッケルスセル
ＰＢＳ 偏光子
ＴＦＰ 薄膜偏光子
Ｍ１   曲面ミラー
Ｍ２   曲面ミラー
Ｍ３   曲面ミラー
ＤＭ   ダイクロイックミラー
Ｌ１   モードマッチングレンズ
Ｌ２   モードマッチングレンズ
Ｌｃ   回折格子反射間の光路長
ＦＲ   ファラデー回転子
λ／２  １／２波長板
λ／４  １／４波長板
【図１】
2007512693.tif 000017
【図２】
2007512693.tif 000018
【図３】
2007512693.tif 000019
【図４】
2007512693.tif 000020
【図５】
2007512693.tif 000021
【図６】
2007512693.tif 000022
【図７】
2007512693.tif 000023
【図８】
2007512693.tif 000024
【図９】
2007512693.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月22日(2005.9.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
増幅したレーザー媒質（６）と
少なくとも一つの共振器ミラー（５）を有するレーザー共振器と、少なくとも一つの変調器（３）と
レーザー媒質（６）をポンプするための、特にレーザダイオードからなるレーザーポンプ源とからなり、
前記レーザー共振器が、特別に設計された部材としての、構造及び／又は材料に関連した分散効果を有するパルス幅延長回路（７、８ａ、８ｂ）を有し、前記パルス幅延長回路（７、８ａ、８ｂ）が、最大２次の分散と共に最低３次の分散を有することを特徴とする、再生増幅器の原理に従う繰り返し率が５０ｋＨｚ以上のレーザーシステム。
【請求項２】
前記パルス幅延長回路（７）が高度分散材料のブロック、特にＳＦ５７ガラス、ＳＦ１０ガラス、又はＢＫ７ガラスを有することを特徴とする請求項１記載のレーザーシステム。
【請求項３】
前記ブロック内で、特に界面での反射による多重反射が発生することを特徴とする請求項２記載のレーザーシステム。
【請求項４】
前記パルス幅延長回路（８ａ、８ｂ）が好ましくは折り返しミラーとしてのＧｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ干渉計又は分散的層構造を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１記載のレーザーシステム。
【請求項５】
前記パルス幅延長回路（８ａ、８ｂ）が少なくとも２つの対向して特に調整可能な開き角を有する反射面を備え、レーザービームが前記表面の少なくとも一つで少なくとも２回反射されることを特徴とする請求項４記載のレーザーシステム。
【請求項６】
前記レーザー媒質（６）が１ミリ秒以上の反転ライフタイムを有し、特にイッテルビウムガラス又はイッテルビウム結晶からなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１記載のレーザーシステム。
【請求項７】
シードパルスをフェムト秒パルス又はピコ秒パルスとしてレーザー共振器に入力するように形成され配置された、シードパルスを入力するためのフェムト秒発振器（１３）を特徴とする請求項１ないし６のいずれか１記載のレーザーシステム。
【請求項８】
モジュレーター（３）としての電気光学的スイッチング素子を特徴とする請求項１ないし７のいずれか１記載のレーザーシステム。
【請求項９】
レーザー共振器の外側にある特にＴｒｅａｃｙ設計によるパルス圧縮器を特徴とする請求項１ないし８のいずれか１記載のレーザーシステム。
【請求項１０】
前記パルス圧縮器が１７００ライン／ｍｍ以下の、好ましくは１２００ライン／ｍｍ以下の分散型の回折格子を有することを特徴とする請求項９記載のレーザーシステム。
【国際調査報告】
2007512693.tif 000026
2007512693.tif 000027
2007512693.tif 000028
2007512693.tif 000029
2007512693.tif 000030
2007512693.tif 000031