(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を生成する発振器と、
発振器からのパルス光を増幅することにより、第１周波数で繰り返されるパルス光の第１パルス列を生成する第１増幅装置と、
第１周波数よりも低い第２周波数で第１パルス列に対して増幅を行うことにより第１パルス列を第２パルス列に変える第２増幅装置とを備え、
第２パルス列は、第２増幅装置により増幅され第２周波数で繰り返される相対的に低頻度の増幅パルス光と、低頻度の増幅パルス光よりも強度が低く相対的に高頻度の非増幅パルス光とが混在した、第１周波数で繰り返されるパルス光のパルス列であり、
第１周波数よりも低く第２周波数よりも高い中間周波数で第２パルス列から参照パルス光を抽出することにより、中間周波数で繰り返される該参照パルス光の参照パルス列を生成する参照光生成装置と、
参照パルス列が入射され参照パルス列の参照パルス光のＣＥＰを測定するＣＥＰ測定器と、
測定されたＣＥＰに基づいて、前記増幅パルス光のＣＥＰの変動を補償する調整を行う調整装置を備える、ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記調整装置は、測定されたＣＥＰに基づいて、
第１増幅装置もしくは第２増幅装置を構成する光学素子の位置または向きを調整し、
前記発振器を励起するレーザ光のパワーを調整し、または
第１増幅装置を構成するストレッチャと第１増幅器との間に設けられた電気光学結晶に印加する電圧を調整する、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
第１増幅装置は、
発振器により生成されたパルス光のパルス時間幅を伸張するストレッチャと、
ストレッチャで伸張された伸張パルス光を第１周波数で増幅することにより、該伸張パルス光から、第１周波数の第１パルス列を生成する第１増幅器とを備え、
前記調整装置は、測定されたＣＥＰに基づいて、前記ストレッチャの光学素子の位置または向きを調整する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
第２増幅装置は、
第１増幅装置からの第１パルス列を第２周波数で増幅する第２増幅器と、
第２増幅器からの各パルス光のパルス時間幅を圧縮し、圧縮された該パルス光の列を前記第２パルス列として出力するコンプレッサとを備える、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
参照光生成装置は、
第２増幅装置から出力された第２パルス列の一部を抽出するビームスプリッタと、
ビームスプリッタで抽出された第２パルス列の一部から中間周波数で参照パルス光を抽出して出力するチョッパと、を備える、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。
【請求項６】
前記チョッパは、第２パルス列のうち、低頻度の増幅パルス光を遮断し、高頻度の非増幅パルス光を中間周波数で通過させることにより、高頻度の非増幅パルス光から参照パルス光を抽出して出力する、ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項７】
相対的に低頻度の増幅パルス光と、低頻度の増幅パルス光よりも強度が低く相対的に高頻度の非増幅パルス光とが混在したパルス列が入射され、入射された該パルス列から、参照パルス光を抽出し、中間周波数で繰り返される該参照パルス光の参照パルス列を生成し、
前記パルス列は、第１周波数で繰り返されるパルス光のパルス列であり、当該パルス列において、増幅パルス光は、第１周波数よりも低い第２周波数で繰り返され、前記中間周波数は、第１周波数よりも低く第２周波数よりも高い、ことを特徴とする参照光生成装置。
【請求項８】
相対的に低頻度の増幅パルス光と、低頻度の増幅パルス光よりも強度が低く相対的に高頻度の非増幅パルス光とが混在したパルス列が入射され、入射された該パルス列から、参照パルス光を抽出し、中間周波数で繰り返される該参照パルス光の参照パルス列を生成する参照光生成装置と、
参照パルス列が入射され参照パルス列の参照パルス光のＣＥＰを測定するＣＥＰ測定器と、を備え、
前記パルス列は、第１周波数で繰り返されるパルス光のパルス列であり、当該パルス列において、増幅パルス光は、第１周波数よりも低い第２周波数で繰り返され、前記中間周波数は、第１周波数よりも低く第２周波数よりも高い、ＣＥＰ測定装置。
【請求項９】
増幅パルス光生成装置に対して設けられる補償装置であって、
前記増幅パルス光生成装置は、
パルス光を生成する発振器と、
発振器からのパルス光を増幅することにより、第１周波数で繰り返されるパルス光の第１パルス列を生成する第１増幅装置と、
第１周波数よりも低い第２周波数で第１パルス列に対して増幅を行うことにより第１パルス列を第２パルス列に変える第２増幅装置とを備え、
第２パルス列は、第２増幅装置により増幅され第２周波数で繰り返される相対的に低頻度の増幅パルス光と、低頻度の増幅パルス光よりも強度が低く相対的に高頻度の非増幅パルス光とが混在した、第１周波数で繰り返されるパルス光のパルス列であり、
前記補償装置は、
第１周波数よりも低く第２周波数よりも高い中間周波数で第２パルス列から参照パルス光を抽出することにより、中間周波数で繰り返される該参照パルス光の参照パルス列を生成する参照光生成装置と、
参照パルス列が入射され参照パルス列の参照パルス光のＣＥＰを測定するＣＥＰ測定器と、
測定されたＣＥＰに基づいて、前記増幅パルス光のＣＥＰの変動を補償する調整を行う調整装置と、を備える補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振器からのパルス光を増幅して低周波数のレーザパルス光を生成し出力するレーザ装置であって、出力するレーザパルス光の搬送波包絡線位相を安定化させる機能を有するレーザ装置及びこれに使用可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、非特許文献１に記載されているレーザ装置３０の構成を示す。レーザ装置３０は、発振器３１とストレッチャ３３と第１増幅器３５と第２増幅器３７とコンプレッサ３９とＣＥＰ測定器４１と制御部４３とを備える。
【０００３】
発振器３１は、微弱な超短パルス光（例えば８０Ｍｈｚのパルス光）を生成して出力する。ストレッチャ３３は、発振器３１からの超短パルス光の時間幅を伸張する。第１増幅器３５は、ストレッチャ３３により伸張されたパルス光を増幅して、高周波数（１ｋＨｚ）のパルス光を生成する。第２増幅器３７は、第１増幅器３５により生成された高周波数のパルス光をさらに増幅して、低周波数（１０Ｈｚ）のパルス光を生成する。コンプレッサ３９は、第２増幅器３７により生成された低周波数のパルス光の時間幅を圧縮する。コンプレッサ３９により時間圧縮されたレーザパルス光は、レーザ装置３０から出力される。
【０００４】
レーザ装置から出力されるレーザパルス光の特性として、後述のイオン化現象や極短レーザパルス光の生成に影響を与える搬送波包絡線位相（ＣＥＰ：Ｃａｒｒｉｅｒ−Ｅｎｖｅｌｏｐｅ  Ｐｈａｓｅ）がある。図２は、ＣＥＰの説明図である。図２において、横軸は時間を示し、縦軸は、レーザパルス光の電場の強度を示す。図２において、実線は、１つのレーザパルス光の電場振動を示し、破線は、１つのレーザパルス光の包絡線を示す。ＣＥＰは、包絡線上の点が最大値をとる位相（時点）と、レーザパルス光の電場強度が最大値をとる位相（時点）との位相差（時間差）である。包絡線の形状（パルス光の時間幅に対応）が同じでも、包絡線に対するレーザパルス光の電場強度の位相は異なる。
【０００５】
レーザ装置３０（コンプレッサ３９）から出力される低周波数のレーザパルス光は、原子・分子のイオン化研究や、極短パルス軟Ｘ線の発生に用いられる。前者については、出力レーザパルス光を、試験対象の原子や分子に当て、これによる原子や分子のイオン化現象の発現を調べる。後者については、出力レーザパルス光を、原子や分子に当てて、その波長を変換させてパルス時間幅が極短（例えばアト秒オーダー）のレーザパルス光（以下、極短レーザパルス光という）を新たに生成する。
【０００６】
イオン化現象は、原子や分子に当てるレーザパルス光のＣＥＰの値（以下、単にＣＥＰという）により影響を受ける。極短レーザパルス光の特性（強度および時間幅）も、これを生成するために原子や分子に当てるレーザパルス光のＣＥＰにより変化する。
【０００７】
したがって、レーザパルス光のＣＥＰ（Ｃａｒｒｉｅｒ−Ｅｎｖｅｌｏｐｅ  Ｐｈａｓｅ）を安定させる必要がある。
【０００８】
ＣＥＰの変動として、高速および低速のものがある。発振器３１において発生するＣＥＰの高速変動（例えば１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚでのＣＥＰ変動）は、発振器３１において安定化させることができる。レーザパルス光の増幅過程において発生するＣＥＰの低速変動（例えば、１００Ｈｚ以上１ｋＨｚ未満でのＣＥＰ変動）は、以下の要因を考慮して以下のように安定化される。
【０００９】
ＣＥＰの低速変動の要因として、ストレッチャ３３およびコンプレッサ３９を構成する光学素子の微小振動や微小変位がある。この微小振動や微小変位は、外乱により生じる。外乱は、例えば、付近の機器や自然界で生じた振動や音波などである。例えば，コンプレッサ３９は、互いに向き合う２つの回折格子を含み、その回折角が４５度であり、その溝間隔が１ｕｍであるとして、回折格子同士の間隔が１０ｎｍ変位すると，ＣＥＰは約１３０ｍｒａｄ変位する。
【００１０】
出力レーザパルス光のＣＥＰの低速変動を補償するために、非特許文献１のレーザ装置３０では、第１増幅器３５から出力される高周波数（１ｋＨｚ）のパルス光の一部を、サンプルパルス光として、第２増幅器３７に入射させずに第２増幅器３７をバイパスさせ、コンプレッサ３９に入射させるようになっている。
【００１１】
ＣＥＰ測定器４１は、コンプレッサ３９を通過したサンプルパルス光のＣＥＰを測定する。制御部４３は、測定されたＣＥＰに基づいてストレッチャ３３を構成する回折格子同士の間隔を調整する。この処理が時々刻々と行われることにより、ＣＥＰの低速変動を補償することができる。なお、下記の特許文献１にも、測定されたＣＥＰに基づいてストレッチャを構成する回折格子の位置を調整する点が記載されている。
【００１２】
このように、非特許文献１では、第１増幅器３５からの高周波数（１ｋＨｚ）のパルス光の一部をサンプルパルス光としている。第２増幅器３７からのパルス光は、１００Ｈｚ以上で変動するＣＥＰの安定化に用いるには、その繰り返し周波数が１０Ｈｚと低すぎるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特表２００９−５４２００９号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｙｉ  Ｗｕ  ｅｔ  ａｌ，  Ｃａｒｒｉｅｒ−Ｅｎｖｅｌｏｐｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  １０  Ｈｚ，  ２０  ＴＷ  Ｌａｓｅｒ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｆｌｕｘ  Ａｔｔｏｓｅｃｏｎｄ  Ｐｕｌｓｅ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，  ＣＬＥＯ  （Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ），  ２０１４，  ＯＳＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｔｙ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、図１の構成においては、サンプルパルス光の伝播経路は、出力用の低周波数パルス光の伝播経路と異なるので、第２増幅器３７に要因があるＣＥＰの低速変動が発生した場合それを補償することができない。さらに低周波数パルス光とサンプルパルス光はコンプレッサ３９の異なる表面で回折されているので，低周波数パルス光の熱的効果によりコンプレッサ３９に表面膨張が誘起されＣＥＰが変動したとしても、それを補正することはできない。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、低周波数のレーザパルス光を出力するレーザ装置において、非特許文献１とは異なる手段により、出力レーザパルス光のＣＥＰ変動を補償できるレーザ装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、出力レーザパルス光のＣＥＰ変動を補償できるレーザ装置に使用可能な参照光生成装置、ＣＥＰ測定装置、および補償装置を提供することにある。すなわち、本発明の別の目的は、レーザ装置からの出力レーザパルス光のＣＥＰの補償に用いることができる参照パルス光を生成する参照光生成装置と、レーザ装置からの出力レーザパルス光のＣＥＰの補償に用いることできるＣＥＰを測定するＣＥＰ測定装置と、レーザ装置からの出力レーザパルス光のＣＥＰ変動を補償する補償装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の目的を達成するため、本発明によると、パルス光を生成する発振器と、
発振器からのパルス光を増幅することにより、第１周波数で繰り返されるパルス光の第１パルス列を生成する第１増幅装置と、
第１周波数よりも低い第２周波数で第１パルス列に対して増幅を行うことにより第１パルス列を第２パルス列に変える第２増幅装置とを備え、
第２パルス列は、第２増幅装置により増幅され第２周波数で繰り返される相対的に低頻度の増幅パルス光と、低頻度の増幅パルス光よりも強度が低く相対的に高頻度の非増幅パルス光とが混在したパルス列であり、
第１周波数よりも低く第２周波数よりも高い中間周波数で第２パルス列から参照パルス光を抽出することにより、中間周波数で繰り返される該参照パルス光の参照パルス列を生成する参照光生成装置と、
参照パルス列が入射され参照パルス列の参照パルス光のＣＥＰを測定するＣＥＰ測定器と、
測定されたＣＥＰに基づいて、前記増幅パルス光のＣＥＰの変動を補償する調整を行う調整装置を備える、ことを特徴とするレーザ装置が提供される。
【００１８】
上述のレーザ装置は、例えば、以下のように構成されてよい。
【００１９】
前記調整装置は、測定されたＣＥＰに基づいて、
第１増幅装置もしくは第２増幅装置を構成する光学素子の位置または向きを調整し、
前記発振器を励起するレーザ光のパワーを調整し、または
第１増幅装置を構成するストレッチャと第１増幅器との間に設けられた電気光学結晶に印加する電圧を調整する。
【００２０】
第１増幅装置は、
発振器により生成されたパルス光のパルス時間幅を伸張するストレッチャと、
ストレッチャで伸張された伸張パルス光を第１周波数で増幅することにより、該伸張パルス光から、第１周波数の第１パルス列を生成する第１増幅器とを備え、
前記調整装置は、測定されたＣＥＰに基づいて、前記ストレッチャの前記光学素子の位置または向きを調整する。
【００２１】
第２増幅装置は、
第１増幅装置からの第１パルス列を第２周波数で増幅する第２増幅器と、
第２増幅器からの各パルス光のパルス時間幅を圧縮し、圧縮された該パルス光の列を前記第２パルス列として出力するコンプレッサとを備える。
【００２２】
参照光生成装置は、
第２増幅装置から出力された第２パルス列の一部を抽出するビームスプリッタと、
ビームスプリッタで抽出された第２パルス列の一部から中間周波数で参照パルス光を抽出して出力するチョッパと、を備える。
【００２３】
前記チョッパは、第２パルス列のうち、低頻度の増幅パルス光を遮断し、高頻度の非増幅パルス光を中間周波数で通過させることにより、高頻度の非増幅パルス光から参照パルス光を抽出して出力する。
【００２４】
また、上記別の目的を達成するため、本発明によると、相対的に低頻度の増幅パルス光と、低頻度の増幅パルス光よりも強度が低く相対的に高頻度の非増幅パルス光とが混在したパルス列が入射され、入射された該パルス列から、参照パルス光を抽出し、中間周波数で繰り返される該参照パルス光の参照パルス列を生成することを特徴とする参照光生成装置が提供される。
【００２５】
また、上記別の目的を達成するため、本発明によると、相対的に低頻度の増幅パルス光と、低頻度の増幅パルス光よりも強度が低く相対的に高頻度の非増幅パルス光とが混在したパルス列が入射され、入射された該パルス列から、参照パルス光を抽出し、中間周波数で繰り返される該参照パルス光の参照パルス列を生成する参照光生成装置と、
参照パルス列が入射され参照パルス列の参照パルス光のＣＥＰを測定するＣＥＰ測定器と、を備えるＣＥＰ測定装置が提供される。
【００２６】
また、上記別の目的を達成するため、本発明によると、増幅パルス光生成装置に対して設けられる補償装置であって、
前記増幅パルス光生成装置は、
パルス光を生成する発振器と、
発振器からのパルス光を増幅することにより、第１周波数で繰り返されるパルス光の第１パルス列を生成する第１増幅装置と、
第１周波数よりも低い第２周波数で第１パルス列に対して増幅を行うことにより第１パルス列を第２パルス列に変える第２増幅装置とを備え、
第２パルス列は、第２増幅装置により増幅され第２周波数で繰り返される相対的に低頻度の増幅パルス光と、低頻度の増幅パルス光よりも強度が低く相対的に高頻度の非増幅パルス光とが混在したパルス列であり、
前記補償装置は、
第１周波数よりも低く第２周波数よりも高い中間周波数で第２パルス列から参照パルス光を抽出することにより、中間周波数で繰り返される該参照パルス光の参照パルス列を生成する参照光生成装置と、
参照パルス列が入射され参照パルス列の参照パルス光のＣＥＰを測定するＣＥＰ測定器と、
測定されたＣＥＰに基づいて、前記増幅パルス光のＣＥＰの変動を補償する調整を行う調整装置と、を備える補償装置が提供される。
【発明の効果】
【００２７】
上述した本発明のレーザ装置は、次のように構成されている。第１増幅装置は、入射光から、第１周波数の第１パルス列を生成する。第２増幅装置は、第１パルス列から、相対的に低頻度の増幅パルス光と相対的に高頻度の非増幅パルス光とが混在した第２パルス列を生成する。参照光生成器は、第１周波数よりも低く第２周波数よりも高い中間周波数で第２パルス列の一部から参照パルス光を抽出することにより、中間周波数で繰り返される参照パルス光の参照パルス列を生成する。ＣＥＰ測定器は、参照パルス光のＣＥＰを測定する。調整装置は、測定されたＣＥＰに基づいて、前記増幅パルス光のＣＥＰの変動を補償する調整を行う。
このように、レーザ装置は、相対的に低い第２周波数の低頻度の増幅パルス光を出力用パルス光として生成する場合に、低頻度の増幅パルス光と高頻度のパルス光とが混在した第２パルス列を生成し、この第２パルス列から、第２周波数よりも高い中間周波数の参照パルス列を抽出して生成する。したがって、このように、出力用パルス光（増幅パルス光）の第２周波数ではなく、これよりも高い中間周波数の参照パルス光のＣＥＰに基づいて調整がなされるので、出力用パルス光（増幅パルス光）の周波数が低くても、より高い周波数の参照パルス光に基づいて、出力用パルス光のＣＥＰの変動を補償することができる。
【００２８】
また、参照パルス光は、非特許文献１と違って、レーザ装置から出力されるレーザパルス光と同じ経路を通ったものである。すなわち、参照パルス光は、第２増幅装置内を通過したものである。よって、第２増幅装置に要因があるＣＥＰの変動も補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】非特許文献１のレーザ装置の構成を示す。
【図２】ＣＥＰの説明図である。
【図３】本発明の実施形態によるレーザ装置の構成を示す。
【図４】（Ａ）は第１パルス列を示し、（Ｂ）は第２パルス列を示し、（Ｃ）はチョッパによる遮断タイミングを示し、（Ｄ）は参照パルス列を示す。
【図５】調整装置による調整の一例を示す図である。
【図６】本実施形態によるレーザ装置が出力するレーザパルス光の長期間にわたるＣＥＰを示す。
【図７】本実施形態によるレーザ装置が出力するレーザパルス光の短期間にわたるＣＥＰを示す。
【図８】本発明の他の実施形態によるレーザ装置の構成例を示す。
【図９】本発明の他の実施形態によるレーザ装置の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００３１】
図３は、本発明の実施形態によるレーザ装置１０の構成を示す。レーザ装置１０は、発振器３、第１増幅装置５、第２増幅装置７、参照光生成装置９、ＣＥＰ測定器１１、および調整装置１３を備える。図３に示す実施形態では、レーザ装置１０は、後述するように、パルス光に対して、時間幅の伸張と強度の増幅と時間幅の圧縮とを行うチャープパルス増幅法を用いたものである。
【００３２】
発振器３は、所望の発振周波数のパルス光を生成して出力する。すなわち、発振器３は、発振周波数で繰り返しパルス光を出力する。発振器３として、ＣＥＰが安定化された超短パルス発振器を用いることができる。発振器３は、励起レーザ源１９から入射されるレーザ光で励起されることによりパルス光を出力する。発振器３が出力するパルス光は、例えば８０ＭＨｚ程度の発振周波数を有し、５００ｍＷ程度の強さを持つ微弱光である。発振器３から出力されたパルス光は、シード光として第１増幅装置５に入射される。
【００３３】
第１増幅装置５には、発振周波数で繰り返されるパルス光が発振器３から入射される。第１増幅装置５は、発振器３からの入射パルス光を増幅することにより、第１周波数で繰り返されるパルス光の第１パルス列を生成する。図４（Ａ）は、第１周波数のパルス光ＰＨにより形成される第１パルス列Ｌ１を示す。図４（Ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸はパルス光の強度（ここではエネルギー）を示す。
【００３４】
第１増幅装置５は、ストレッチャ５ａと第１増幅器５ｂと励起レーザ源５ｃとを有する。
【００３５】
ストレッチャ５ａは、発振器３から出力された発振周波数の入射パルス光のパルス時間幅を伸張する。ストレッチャ５ａは、回折格子、プリズム、反射鏡、レンズ、または、これらの組み合わせにより構成されたものであってよい。ストレッチャ５ａで伸張されたパルス光（伸張パルス光という）は、第１増幅器５ｂに入射される。
【００３６】
第１増幅器５ｂは、ストレッチャ５ａで伸張された伸張パルス光を第１周波数で増幅することにより、伸張パルス光から、第１周波数で繰り返されるパルス光ＰＨの第１パルス列Ｌ１を生成する。第１増幅器５ｂは、ポッケルスセルを内包したチタンサファイア結晶を有する再生増幅器（マルチパス増幅器）であってよい。この場合、チタンサファイア結晶は、励起レーザ源５ｃからの第１周波数（例えば１ｋＨｚ）の励起レーザによりポンプされて、入射する伸張パルス光を、例えばエネルギーが１Ｗのパルス光に増幅する。この場合、増幅されたパルス光は、１パルスあたりｍＪオーダーのエネルギーを有する。このように、第１増幅器５ｂは、上述のように、伸張パルス光を増幅することにより、第１周波数（例えば１ｋＨｚ）の第１パルス列Ｌ１を出力する。出力された第１パルス列Ｌ１は、第２増幅器７ａに入射される。なお、励起レーザ源５ｃは、トリガ生成装置１２から入力される第１周波数の基本トリガのタイミングに従って、第１周波数の励起レーザを出力して上述のチタンサファイア結晶に入射させる。
【００３７】
第２増幅装置７は、第１周波数よりも低い第２周波数で第１パルス列Ｌ１に対して増幅を行うことにより第１パルス列Ｌ１を第２パルス列に変え、第２パルス列を出力する。図４（Ｂ）は、第２パルス列Ｌ２を示す。図４（Ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸はパルス光の強度（ここでは、エネルギー）を示す。第２パルス列Ｌ２は、第２増幅装置７により増幅され第２周波数で繰り返される相対的に低頻度の増幅パルス光ＰＬと、低頻度の増幅パルス光ＰＬよりも強度（エネルギー）が低く相対的に（すなわち増幅パルス光ＰＬよりも）高頻度の非増幅パルス光ＰＨとが混在したパルス列である。例えば、後述の励起レーザ源７ｂからの励起レーザにより増幅されない高頻度の非増幅パルス光ＰＨのエネルギーは、低頻度の増幅パルス光ＰＬのエネルギーの千分の一以下であり、第２増幅装置７において光学ロスがない場合、非増幅パルス光ＰＨは、第１増幅器５ｂから出力されたパルス光と同じパルスエネルギーを持つ。
【００３８】
なお、一例では、発振周波数は、５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の値であり、第１周波数は、１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲内の値であり、第２周波数は、１００Ｈｚ以下の値である。
【００３９】
第２増幅装置７は、第２増幅器７ａと励起レーザ源７ｂとコンプレッサ７ｃを備える。
【００４０】
第２増幅器７ａは、第１増幅装置５からの第１パルス列Ｌ１を第２周波数で増幅する。第２増幅器７ａは、チタンサファイア結晶を有するマルチパス増幅器であってよい。この場合、チタンサファイア結晶は、励起レーザ源７ｂからの第２周波数（例えば１０Ｈｚ）の励起レーザによりポンプされて、第１パルス列Ｌ１の一部のパルス光を、例えばエネルギーが１０Ｗの増幅パルス光に増幅する。この場合、増幅パルス光は、１パルスあたり数１００ｍＪ（例えば、１００ｍＪ〜５００ｍＪ範囲内）のエネルギーを有する。このように、第２増幅器７ａは、第１パルス列Ｌ１を第２周波数で増幅する。したがって、第２増幅器７ａから出力されるパルス列は、低頻度（第２周波数）の増幅パルス光（図４（Ｂ）のパルス光ＰＬに対応）と、第２増幅器７ａで増幅されなかった高頻度の非増幅パルス光（図４（Ｂ）の非増幅パルス光ＰＨに対応）とにより形成されている。なお、励起レーザ源７ｂは、トリガ生成装置１２から入力される第１周波数の基本トリガのタイミングに従って（同期して）、第２周波数の励起レーザを出力して上述のチタンサファイア結晶に入射させる。
【００４１】
コンプレッサ７ｃは、第２増幅器７ａからの各パルス光のパルス時間幅を圧縮し、圧縮されたパルス光の列を第２パルス列Ｌ２として出力する。本実施形態では、コンプレッサ７ｃは、図４（Ｂ）の第２パルス列Ｌ２を出力する。コンプレッサ７ｃは、回折格子、プリズム、反射鏡、レンズ、または、これらの組み合わせにより構成されたものであってよい。
【００４２】
参照光生成装置９には、第１周波数で繰り返されるパルス光の第２パルス列Ｌ２が入射される。第２パルス列Ｌ２は、第２周波数で繰り返される低頻度の増幅パルス光ＰＬと、高頻度の非増幅パルス光ＰＨとにより形成され、これらの増幅パルス光ＰＬと非増幅パルス光ＰＨは、第１周波数で繰り返されるパルス光となる。
参照光生成装置９は、第１周波数よりも低く第２周波数よりも高い中間周波数で、第２パルス列Ｌ２から参照パルス光を抽出することにより、中間周波数で繰り返される参照パルス光の参照パルス列を生成する。本実施形態では、中間周波数は、第１周波数の整数分の一（図４では二分の一）であって、第２周波数の整数倍（図４では５０倍）である。この場合、好ましくは、中間周波数は、第１周波数の二分の一以下であって、第２周波数の十倍以上であるのがよい。
【００４３】
参照光生成装置９は、ビームスプリッタ９ａとチョッパ９ｂとモータ９ｃを備える。ビームスプリッタ９ａは、第２増幅装置７（コンプレッサ７ｃ）から出力された第２パルス列Ｌ２の一部を抽出してチョッパ９ｂへ入射させる。すなわち、ビームスプリッタ９ａに入射する直前の第２パルス列Ｌ２よりもエネルギーが大幅に小さいサンプル光としての第２パルス列Ｌ２が、チョッパ９ｂへ入射される。
【００４４】
チョッパ９ｂは、第２パルス列Ｌ２のうち、低頻度の増幅パルス光ＰＬを遮断し、高頻度の非増幅パルス光ＰＨを中間周波数で通過させることにより、高頻度の非増幅パルス光ＰＨから参照パルス光を抽出して出力する。チョッパ９ｂは、モータ９ｃにより回転駆動される回転体（例えば円板）により構成される機械式チョッパであってよい。この回転体の一部に孔が形成されている。この回転体の回転で、第２パルス列Ｌ２の一部が入射される位置に、孔が断続的に（中間周波数で）到達する。これにより、第２パルス列Ｌ２の一部の各パルス光のうち中間周波数で孔を通過するパルス光が、参照パルス光として抽出され、チョッパ９ｂから出力される。中間周波数で繰り返される参照パルス光の参照パルス列は、ＣＥＰ測定器１１に入射される。
【００４５】
図４（Ｃ）は、チョッパ９ｂによる遮断タイミングを示す。図４（Ｃ）において、横軸は時間を示し、縦軸はチョッパ９ｂの遮断を示す。すなわち、縦軸の値がゼロの各時間区間において、チョッパ９ｂに入射したパルス光が、チョッパ９ｂを通過して参照パルス光として抽出され、縦軸の値がゼロでない各時間区間において、チョッパ９ｂに入射したパルス光が、チョッパ９ｂにより遮断されチョッパ９ｂを通過できない。
【００４６】
図４（Ｄ）は、チョッパ９ｂにより抽出された参照パルス列を示す。横軸は時間を示し、縦軸は、パルス光の強度（ここではエネルギー）を示す。本実施形態では、中間周波数は、５００Ｈｚであり、参照パルス光は、５００Ｈｚで（２ミリ秒毎に）繰り返される。
【００４７】
チョッパ９ｂが上述の参照パルス列を抽出するために、チョッパ９ｂの回転は、次の構成と動作により制御される。
レーザ装置１０は、上述の第１周波数で繰り返される基本トリガを生成するトリガ生成装置１２を備える。参照光生成装置９は、チョッパ９ｂを回転駆動するモータ９ｃの回転速度と回転位相を制御する回転制御装置９ｄと、チョッパ９ｂの回転位相の調整量を生成する調整量生成装置９ｆとを備える。
【００４８】
トリガ生成装置１２は、第１周波数の基本トリガを励起レーザ源５ｃ、励起レーザ源７ｂおよび回転制御装置９ｄに出力する。トリガ生成装置１２は、発振器３から出力される周波数信号に従って（同期して）、第１周波数の基本トリガを出力してよい。ここで、周波数信号とは、上述の発振周波数で繰り返されるパルス信号である。
回転制御装置９ｄは、トリガ生成装置１２から入力される基本トリガの周波数に基づいてチョッパ９ｂ（上述の回転体）の回転速度を制御する。すなわち、回転制御装置１４は、１秒間におけるチョッパ９ｂの回転数が、基本トリガの周波数の定数倍になるように、チョッパ９ｂ（上述の回転体）の回転速度を制御する。ここで、定数倍は、例えば、チョッパ９ｂにおいて回転方向に間隔をおいて形成されている上記孔の数、上述の中間周波数、および、上述の中間周波数と上述の第１周波数との関係（両者の比率）などに基づいて予め定められている。
ビームサンプラー９ｅは、チョッパ９ｂを通過したパルス列の一部を抽出する。
【００４９】
調整量生成装置９ｆには、ビームサンプラー９ｅにより抽出されたパルス列が入射される。調整量生成装置９ｆは、入射されたパルス列が予め設定された参照周波数のパルス光のパルス列となっているかどうかを判断する（この判断を第１の判断という）。第１の判断の結果が否定である場合には、調整量生成装置９ｆは、（例えば予め設定した値の）位相調整量を回転制御装置９ｄへ出力する。
好ましくは、調整量生成装置９ｆは、入射されたパルス列に、増幅パルス光ＰＬが含まれているかどうかを、さらに判断する（この判断を第２の判断という）。第１および第２の判断の両方が行われる場合に、第１の判断の結果が否定であることと、第２の判断の結果が肯定であることとの少なくともいずれかが満たされた場合に、調整量生成装置９ｆは、（例えば予め設定した値の）位相調整量を回転制御装置９ｄへ出力する。調整量生成装置９ｆは、例えばフォトダイオードを用いて、入射されたパルス列を電気信号に変換して、このパルス列を認識してよい。
【００５０】
回転制御装置９ｄは、調整量生成装置９ｆから受けた位相調整量だけ、トリガ生成装置１２から入力される基本トリガに対するチョッパ９ｂの回転位相を変化させる。すなわち、回転制御装置９ｄは、回転制御装置９ｄが基本トリガを受ける時点におけるチョッパ９ｂの回転位相を、調整量生成装置９ｆから受けた位相調整量だけ変化させる。なお、回転位相とは、チョッパ９ｂの回転角度であって、チョッパ９ｂの回転中心から見たチョッパ９ｂの上記孔（基準となる１つの上記孔）の向きを意味する。
【００５１】
なお、調整量生成装置９ｆを設ける代わりに、ビームサンプラー９ｅにより抽出されたパルス列が、フォトダイオードを用いて、このパルス列を表わす電気信号に変換されてディスプレイに表示されてよい。人は、ディスプレイに表示された電気信号を見て、この電気信号が、上述の参照パルス列であるかを判断する。すなわち、上述の第１の判断、または第１および第２の判断を行う。第１の判断の結果が否定であることと、第２の判断の結果が肯定であることとの少なくともいずれかが満たされた場合に、人は、入力装置を用いて上述の位相調整量を回転制御装置９ｄに入力する。この場合、他の点は上述と同じである。
【００５２】
ＣＥＰ測定器１１には、参照光生成装置９から参照パルス列が入射される。ＣＥＰ測定器１１は、参照パルス列の各参照パルス光のＣＥＰ（すなわち、ＣＥＰの値）を測定する。ＣＥＰ測定器１１は、例えばｆ−２ｆ干渉計である。なお、参照光生成装置９とＣＥＰ測定器１１とは、本発明の実施形態によるＣＥＰ測定装置２０を構成する。
【００５３】
調整装置１３は、測定されたＣＥＰと、予め定められた基準ＣＥＰとに基づいて、第１増幅装置５のストレッチャ５ａを構成する光学素子の位置または向きを調整する。基準ＣＥＰは、目標とする値である。すなわち、調整装置１３は、測定されたＣＥＰが基準ＣＥＰからずれている場合には、このずれを無くす又は減らすようにストレッチャ５ａの光学素子の位置または向きを調整する。
【００５４】
調整装置１３は、制御部１３ａと駆動部１３ｂを有する。制御部１３ａは、測定ＣＥＰと基準ＣＥＰとに基づいて駆動部１３ｂを制御する。これにより、駆動部１３ｂは、測定ＣＥＰと基準ＣＥＰとのずれ量に応じた量だけ、ストレッチャ５ａを構成する光学素子の位置または向きを変える。駆動部１３ｂは、例えば、第１増幅装置５のストレッチャ５ａを構成する光学素子に取り付けられたピエゾアクチュエータである。ピエゾアクチュエータ１３ｂは、印加される電圧に応じた量だけ伸縮する圧電素子（例えば複数層の圧電素子）により構成される。この場合、この伸縮の方向におけるピエゾアクチュエータ１３ｂの一端は、適宜の静止構造体に取り付けられ、この伸縮の方向におけるピエゾアクチュエータ１３ｂの他端は、ストレッチャ５ａを構成する光学素子に取り付けられる。制御部１３ａは、測定ＣＥＰと基準ＣＥＰとのずれに応じた電圧をピエゾアクチュエータ１３ｂ（すなわち、圧電素子）に印加する。これにより、ピエゾアクチュエータ１３ｂは、測定ＣＥＰと基準ＣＥＰとのずれ量に応じた量だけ伸縮して光学素子の位置または向きを変える。ここで、光学素子の向きを変える場合には、例えば、この光学素子は、所定の軸まわりに揺動可能になっており、ピエゾアクチュエータ１３ｂは、この軸から離れた位置において、その他端が光学素子に取り付けられている。
【００５５】
図５は、ストレッチャ５ａの調整装置１３による調整の一例を示す。図５において、ストレッチャ５ａは、回折格子１５，１６とミラー１７を含む。２つの回折格子１５，１６は、互いに平行に向き合っている。ストレッチャ５ａへの入射パルス光は、回折格子１５と回折格子１６を、この順で通過してミラー１７へ至り、ミラー１７で反射され、再び、回折格子１６と回折格子１５を、この順で通過してストレッチャ５ａから伸張パルス光として出力される。なお、図５において、ストレッチャ５ａへの入射パルス光と、ストレッチャ５ａから出力される伸張パルス光とは、図５の紙面と垂直な方向（高さ方向）にずれている。図５において、２つの回折格子１５，１６間の距離ＧにＣＥＰの値は依存する（例えば特許文献１を参照）。
【００５６】
制御部１３ａは、測定されたＣＥＰと、予め定められた基準ＣＥＰとに基づいて、ピエゾアクチュエータ１３ｂによる駆動量を制御して、２つの回折格子１５，１６間の距離Ｇを調整する。この調整が時々刻々と行われることにより、レーザ装置１０が出力するレーザパルス光のＣＥＰが基準ＣＥＰからずれても、このずれを無くす（または減らす）ことができる。なお、調整装置１３による距離Ｇの調整量は、例えば数十ナノメートル程度である。
【００５７】
なお、参照光生成装置９とＣＥＰ測定器１１と調整装置１３とは、本発明の実施形態による補償装置３０を構成する。補償装置３０は、レーザ装置１０が出力するレーザパルス光（すなわち、増幅パルス光ＰＬ）のＣＥＰの変動を補償する。補償装置３０は、発振器３と第１増幅装置５と第２増幅装置７とからなる増幅パルス光生成装置に対して設けられる。
【００５８】
図６は、本実施形態によるレーザ装置１０が出力するレーザパルス光（すなわち、増幅パルス光ＰＬ）の長期間にわたるＣＥＰ（搬送波包絡線位相）を示す。図６において、実線で示す上側のグラフは、レーザ装置１０からの出力レーザパルス光のＣＥＰを示す。すなわち、実線のグラフは、コンプレッサ７ｃからの第２パルス列Ｌ２における１０Ｈｚの増幅パルス光ＰＬであって、ビームスプリッタ９ａによりその一部が抽出された後の増幅パルス光ＰＬのＣＥＰを示す。このＣＥＰは、ｆ−２ｆ干渉計（図示せず）により測定された値である。図６において、破線で示す下側のグラフは、ＣＥＰ測定器１１（ｆ−２ｆ干渉計）により測定された、５００Ｈｚの参照パルス光のＣＥＰを示す。図６では、フィードバックオフ時点ｔｃ以降において、調整装置１３による調整を停止している。図６から分かるように、経過時間がゼロの時からｔｃまでの時間範囲においては、パルス光の時間幅（図２の包絡線の時間幅）を２πラジアンとして、ＣＥＰの値は、ほとんどの経過時間にわたって、基準ＣＥＰ（図６において、縦軸の目盛が５ラジアンの位置）から１ラジアン以内の範囲内になっている。これに対し、調整装置１３による調整を停止した時点ｔｃ以降において、ＣＥＰの値は、基準ＣＥＰから大きくずれて、そのずれが、２〜３ラジアン以上に達している。
【００５９】
図７は、本実施形態によるレーザ装置１０が出力するレーザパルス光（すなわち、増幅パルス光ＰＬ）の短期間にわたるＣＥＰを示す。すなわち、図７のグラフは、コンプレッサ７ｃからの第２パルス列Ｌ２における増幅パルス光ＰＬであって、ビームスプリッタ９ａによりその一部が抽出された後の増幅パルス光ＰＬのＣＥＰを示す。図７から分かるように、パルス光の時間幅を２πラジアンとして、ＣＥＰの値は、ほとんどの時間にわたって、基準ＣＥＰ（図７において、縦軸の目盛がゼロの位置）から１ラジアン以内の範囲内になっている。
【００６０】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の他の実施形態を採用してよい。この場合、以下で説明しない点は、上述と同じであってよい。
【００６１】
（他の実施形態）
上述では、調整装置１３は、第１増幅装置５を構成する光学素子（ストレッチャ５ａの回折格子１６）の位置を調節したが、本発明は、これに限定されない。すなわち、調整装置１３は、ＣＥＰ測定器１１で測定されたＣＥＰに基づいて、上述した増幅パルス光ＰＬのＣＥＰの変動を補償する調整を行う装置（例えば公知の任意の装置）であればよい。調整装置１３は、上述した増幅パルス光ＰＬの元になるパルス光（例えば第１パルス列Ｌ１）の経路に設けられた光学素子に対して調整（位置または向きの調整）を行うものであってよいが、これに限定されない。例えば、調整装置１３は、第１増幅装置５もしくは第２増幅装置７を構成する光学素子の位置または向きを調整し、発振器３を励起するレーザ光のパワーを調整し、または、ストレッチャ５ａと第１増幅器５ｂとの間に設けられた電気光学結晶２１（後述の図９を参照）への印加電圧を調整するものであってよい。
【００６２】
調整装置１３が第１増幅装置５の光学素子の位置または向きを調整する場合、第１増幅装置５の光学素子は、好ましくは、上述のストレッチャ５ａを構成する光学素子である。ストレッチャ５ａが、回折格子、プリズム、反射鏡、レンズ、または、これらの組み合わせにより構成されている場合には、調整装置１３が位置または向きを調整する光学素子は、回折格子、プリズム、反射鏡、またはレンズであってもよい。
【００６３】
調整装置１３が第２増幅装置７の光学素子の位置または向きを調整する場合、第２増幅装置７の光学素子は、好ましくは、上述のコンプレッサ７ｃを構成する光学素子である。コンプレッサ７ｃが、回折格子、プリズム、反射鏡、レンズ、または、これらの組み合わせにより構成されている場合には、調整装置１３が位置または向きを調整する光学素子は、回折格子、プリズム、反射鏡、またはレンズであってもよい。
【００６４】
図８は、調整装置１３が発振器３を励起するレーザ光のパワーを調整する場合のレーザ装置１０の構成例を示す。この場合、調整装置１３は、ＣＥＰ測定器１１に測定されたＣＥＰに基づいて、発振器３を励起するレーザ光（以下、発振器励起用のレーザ光ともいう）のパワーを調整する。そのための構成例と動作例を説明する。
【００６５】
図８では、レーザ装置１０において励起レーザ源１９と発振器３との間に音響光学素子１８（ＡＯＭ：ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が設けられている。励起レーザ源１９からの発振器励起用のレーザ光は、音響光学素子１８を通って発振器３に入力される。これにより、発振器３は、励起されて、パルス光を生成し第１増幅装置５へ出力する。
【００６６】
調整装置１３は、ＣＥＰ測定器１１に測定されたＣＥＰに基づいて、音響光学素子１８へ印加する電圧を調整する。これにより、調整装置１３は、発振器３へ入力する発振器励起用のレーザ光のパワーを調整する。発振器３へ入力される発振器励起用のレーザ光のパワーに応じて、上述した増幅パルス光ＰＬのＣＥＰが変化する。
【００６７】
図９は、電気光学結晶２１を用いる場合のレーザ装置１０の構成を示す。図９では、レーザ装置１０は、第１増幅装置５を構成するストレッチャ５ａと第１増幅器５ｂとの間に設けられた電気光学結晶２１（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ）と、電気光学結晶２１に電圧を印加する電圧印加装置２３とを備える。ストレッチャ５ａからの伸張パルス光は、電気光学結晶２１の内部を通過して、第１増幅器５ｂへ入射される。電気光学結晶２１は、例えばＬｉＮｂＯ３結晶である。
【００６８】
調整装置１３は、ＣＥＰ測定器１１に測定されたＣＥＰに基づいて、電気光学結晶２１に印加する電圧の大きさを調整する。すなわち、調整装置１３は、電圧印加装置２３を制御することにより、電圧印加装置２３が電気光学結晶２１に印加する電圧の大きさを調整する。電圧印加装置２３が電気光学結晶２１に印加する電圧の大きさに応じて、上述した増幅パルス光ＰＬのＣＥＰが変化する。
【００６９】
なお、ＣＥＰ測定器１１に測定されたＣＥＰと基準ＣＥＰとのずれと、調整装置１３による調整量との関係は、予め実験的に定められて、調整装置１３に設定されていてよい。すなわち、調整装置１３は、当該ずれを補償するように上述した調整を行うように構成されている。
【００７０】
（実施形態の効果）
上述したレーザ装置１０は、相対的に低い第２周波数の低頻度の増幅パルス光ＰＬを出力用レーザパルス光として生成する場合に、低頻度の増幅パルス光ＰＬと高頻度の非増幅パルス光ＰＨとが混在した第２パルス列Ｌ２を生成し、この第２パルス列Ｌ２から、第２周波数よりも高い中間周波数の参照パルス列を抽出して生成する。したがって、このように、出力用レーザパルス光（増幅パルス光ＰＬ）の第２周波数ではなく、これよりも高い中間周波数の参照パルス光のＣＥＰに基づいて調整がなされるので、出力用パルス光（増幅パルス光ＰＬ）の周波数が低くても、より高い周波数の参照パルス光に基づいて、第１増幅装置５もしくは第２増幅装置７を構成するストレッチャ５ａもしくはコンプレッサ７ｃにおける光学素子（例えば、回折格子のような分散光学素子）の位置または向きを調整し、発振器３を励起するレーザ光のパワーを調整し、または、電気光学結晶２１に印加する電圧の大きさを調整できる。これにより、出力用レーザパルス光のＣＥＰの変動を補償することができる。
【００７１】
また、参照パルス光は、非特許文献１と違って、レーザ装置１０から出力されるレーザパルス光と同じ経路を通ったものである。すなわち、参照パルス光は、第２増幅装置７内を通過したものである。よって、第２増幅装置７に要因があるＣＥＰの変動も補償することができる。
【００７２】
さらにコンプレッサ７ｃを構成する回折格子の表面における増幅パルス光ＰＬの熱的効果に由来したＣＥＰ変動も補償することができる。また参照パルス光は増幅パルス光ＰＬと同一の光学経路を伝搬するため、全く同一の光学分散量を持つことになる。結果、非特許文献１のように参照パルス光に対して補正分散量を別途与える必要がない。
【符号の説明】
【００７３】
３  発振器、５  第１増幅装置、５ａ  ストレッチャ、５ｂ  第１増幅器、５ｃ  励起レーザ源、７  第２増幅装置、７ａ  第２増幅器、７ｂ  励起レーザ源、７ｃ  コンプレッサ、９  参照光生成装置、９ａ  ビームスプリッタ、９ｂ  チョッパ、９ｃ  モータ、９ｄ  回転制御装置、９ｅ  ビームサンプラー、９ｆ  調整量生成装置、１０  レーザ装置、１１  ＣＥＰ測定器、１２  トリガ生成装置、１３  調整装置、１３ａ  制御部、１３ｂ  駆動部（ピエゾアクチュエータ）、１４  回転制御装置、１５，１６  回折格子、１７  ミラー、１９  励起レーザ源、２０  ＣＥＰ測定装置、２１  電気光学結晶、２３  電圧印加装置、３０  補償装置
【図１】
0006565079.tif 000002
【図２】
0006565079.tif 000003
【図３】
0006565079.tif 000004
【図４】
0006565079.tif 000005
【図５】
0006565079.tif 000006
【図６】
0006565079.tif 000007
【図７】
0006565079.tif 000008
【図８】
0006565079.tif 000009
【図９】
0006565079.tif 000010