(57)【要約】【課題】生成した超短パルス光を、パルス拡がりの問題無く、光ファイバによって伝送することを可能にすると共に、光軸調整の負担を軽減する。【解決手段】レーザ装置は、レーザ発振器１０と群速度分散制御部１２と伝送部１４とを同一筐体に実装して構成されている。レーザ発振器は、パルス光を生成するものである。群速度分散制御部は、レーザ発振器から出力されたパルス光の群速度分散を制御するものである。伝送部は、少なくともコリメータ８０とシングルモードファイバ１４ａにより構成されていて、群速度分散制御部によって群速度分散が制御されたパルス光を伝送するためのものである。レーザ発振器と群速度分散制御部とファイバの一端とは、１枚の支持板１６上に固定されている。この支持板の表側および裏側のそれぞれに、レーザ発振器および群速度分散制御部が設けられている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力された光の群速度分散を制御する群速度分散制御部と、前記群速度分散制御部から出力された光を伝送する伝送部とを同一筐体に収めた
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ装置において、
前記レーザ発振器は、パルス光を生成するものであり、
前記群速度分散制御部は、前記レーザ発振器から出力されたパルス光の群速度分散を制御するものであり、
前記伝送部は、シングルモードファイバにより構成されていて、前記群速度分散制御部によって群速度分散が制御されたパルス光を伝送するためのものであり、
前記レーザ発振器と、前記群速度分散制御部と、前記伝送部の一端とが、１つの支持板上に固定されている
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ装置において、
前記伝送部がコリメータをさらに具えていて、
該コリメータに前記シングルモードファイバが接続されており、
該コリメータが、前記群速度分散制御部の光軸と調芯された状態で前記支持板上に固定されている
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のレーザ装置において、
前記支持板が、アルミニウムを含む材料によって形成されている
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記支持板が筐体の内部に設けられていて、前記伝送部の非固定部分が該筐体の外部に導出されている
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザ装置において、
前記支持板が、緩衝材を介して前記筐体に結合している
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ装置において、
前記レーザ発振器をモード同期固体レーザとする
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のレーザ装置において、
前記モード同期固体レーザをモード同期チタンサファイアレーザとする
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置において、
前記レーザ発振器に励起光を供給するための励起光源をさらに具える
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ装置において、
前記励起光源をダイオード励起の固体レーザとする
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のレーザ装置において、
前記レーザ発振器、群速度分散制御部および伝送部を構成する金属部品として、前記支持板と同じ金属が用いられている
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザ装置において、
前記レーザ発振器と前記群速度分散制御部とが、前記支持板の一方の面と他方の面にそれぞれ固定されている
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザ装置において、
前記レーザ発振器から出力されたパルス光を、前記支持板に設けられた貫通孔に通して、前記群速度分散制御部に供給する
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のレーザ装置において、
前記群速度分散制御部は、回折格子、第１反射体および第２反射体を具えていて、
前記回折格子は、前記レーザ発振器により供給されたパルス光の各波長成分を、波長に応じた方向へそれぞれ回折させるものであり、
前記第１反射体は、前記回折格子を経て入射したパルス光を、該パルス光の入射方向に平行な方向へ反射させて前記回折格子へ戻すものであり、
前記第２反射体は、前記第１反射体および回折格子を経て入射したパルス光を、該パルス光の入射方向に平行な方向へ反射させて前記回折格子へ戻すものである
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のレーザ装置において、
前記第１反射体と前記回折格子との間の距離が可変にできるように、前記第１反射体が、第１反射体へ前記回折格子からの光が入射し、その光を全て入射した光と平行を保つ方向に向かい反射できるような移動を可能にする移動機構を具えている　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のレーザ装置において、
前記第１反射体と前記回折格子との間の距離が可変にできるように、前記第１反射体が、前記回折格子から前記第１反射体への出射光の光軸に沿う直線方向への移動を可能にする移動機構を具えている
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載のレーザ装置において、
前記第１および第２反射体の各々が、互いに垂直な二つの反射面を有したプリズムまたはルーフ型ミラーであり、
前記第１反射体としての前記プリズムまたはルーフ型ミラーの反射面の双方に垂直な面と、前記第２反射体としての前記プリズムまたはルーフ型ミラーの反射面の双方に垂直な面とを互いに垂直に配置する
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１８】
請求項１５または１６に記載のレーザ装置において、
前記第１反射体の移動機構の制御に対して、前記伝送部から出力されたパルス光のパルス幅を指標とした負帰還を行う
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１９】
請求項１４に記載のレーザ装置において、
前記回折格子の入射パルス光に対する角度を、前記レーザ発振器から出力されるパルス光の波長を指標として変化させる
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２０】
請求項２〜１９のいずれか一項に記載のレーザ装置において、
前記レーザ発振器、群速度分散制御部および伝送部を構成する部品の前記支持板に接続される側に位置決め用の凸部または凹部が設けられており、これら凸部または凹部が組み合わされる凹部または凸部を、前記支持板の所定の位置に形成してある
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２１】
請求項２〜２０のいずれか一項に記載のレーザ装置において、
前記伝送部の前記支持板に接続されていない方の端部に、正の群速度分散を有する半導体結晶を利用した圧縮ユニットをさらに結合してある
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか一項に記載のレーザ装置において、
筐体の寸法が、長さ６５６ｍｍ、高さ５０８ｍｍ、幅２３４ｍｍ以下で、重量が５０ｋｇ以下である
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２３】
モード同期発振状態を検出する光検出装置を有し、モード同期発振が停止した場合には、前記光検出装置の検出信号に対応してレーザ発振器を構成するミラーの少なくとも一つを移動させる駆動機構を駆動させ、モード同期発振を開始させる機能を有する
ことを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超短パルス光を生成するレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高出力固体レーザの出力は、そのまま、空間にビームとして出力されることが多い。フェムト秒光パルスを出力するモード同期チタンサファイアレーザのビームも、従来はそのまま、空間に出力されていた。
【０００３】
しかし、最近の、顕微鏡光源への応用や、プローブ顕微鏡への応用などに当たっては、フェムト秒光パルスを光ファイバで伝送させる必要がある。ところが、石英で構成されたファイバの内部は正の群速度分散を持つため、光パルスの長波長成分の方が短波長成分に比べて速く進む。そのため、例えファイバ長を数メートルに限定したとしても、フェムト秒パルスはたちまちピコ秒パルスにまで拡がってしまう。
【０００４】
この課題を解決するには、光パルスをファイバに入射する前に、ファイバ内部の正の群速度分散と絶対値が同じ負の群速度分散を持つ群速度分散制御装置に光パルスを通して、パルス幅を広げておけば良い。すなわち、群速度分散制御装置により、長波長成分を短波長成分に対して遅らせた状態をつくってから、パルス光を光ファイバ中に導入する。このようにすれば、ファイバの終端付近で、パルス幅をフェムト秒に戻すことができる。
【０００５】
このように、超短パルス光を出力する従来のレーザ装置は、レーザ発振器、群速度分散制御装置および光ファイバを組み合わせて構成される。上述のレーザ発振器および群速度分散制御装置は、それぞれ別々のケースに入れられて提供される個別のユニットである。光ファイバを含めた各ユニットは、防振テーブル上の光学ベンチ上に配置され、これらユニット間の光軸調整を精密に行うことで、所要の光学系が実現される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレーザ装置では、これを使用するまでに多大な時間を光軸調整に費やさねばならない。特に、群速度分散制御装置と光ファイバとの結合部では、空間で伝送されたビームを、約５ミクロンの径のコアに結合させる必要がある。この光軸調整の難易度は非常に高い。すなわち、この光軸調整の要求精度は、±１０μｒａｄ以下である。この角度範囲は、別の表現をすれば１Ｋｍ先の±１ｃｍに相当する。これは、温度変化に起因して容易に動いてしまう値である。装置中、このような角度精度を要求する部分が１か所でもあれば、装置全体にわたる要求精度はこの値に帰結する。このため、装置の安定性を維持するには、防振テーブルを含む部屋全体の温度管理が不可欠な要件とされている。
【０００７】
従って、従来より、生成した超短パルス光を、パルス拡がりの問題無く、光ファイバによって伝送することが可能であると共に、光軸調整の負担が軽減されたレーザ装置の出現が望まれていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、この出願に係る発明のレーザ装置は、レーザ発振器と群速度分散制御部と伝送部とで構成されるレーザ装置であって、以下のような独特な構成を有している。すなわち、レーザ発振器と前記レーザ発振器から出力された光の群速度分散を制御する群速度分散制御部と前記群速度分散制御部から出力された光を伝送する伝送部の一部とを同一筐体に収めた小型で可搬型の新規なレーザ装置とで構成している。さらに好ましい例を具体的に説明すると、レーザ発振器は、パルス光を生成するものである。また、この発明では、群速度分散制御部は、レーザ発振器から出力されたパルス光の群速度分散を制御するものである。また、伝送部は、少なくともコリメータとシングルモードファイバにより構成されていて、群速度分散制御部によって群速度分散が制御されたパルス光を伝送するためのものである。さらに、レーザ発振器と、群速度分散制御部と、伝送部の一端とが、筐体の内部に設けられた１つの支持板上に固定されている。そして、伝送部の非固定部分が筐体の外部に導出されている。
【０００９】
このように、この発明のレーザ装置では、レーザ発振器と群速度分散制御部と伝送部の一端とが共通の支持板上に固定されている。各光学ユニット間の光軸調整は既に完了した状態になされている。そして、これら各光学ユニットと支持板とは、共通の筐体の内部に収められている。よって、各光学ユニットがワンパッケージ化（一体化）された状態で提供される。このような一体化構造によれば、各光学ユニットの温度環境が共通化される。しかも、各光学ユニットを光学ベンチ上に配置して、光軸調整を行う手間が省ける。ユーザは、光軸調整を行う必要がなく、直ちにパルス拡がりの無い短パルス光を使用することができる。
【００１０】
この発明のレーザ装置において、好ましくは、伝送部がコリメータをさらに具えていて、このコリメータにシングルモードファイバが接続されており、このコリメータが、群速度分散制御部の光軸と調芯された状態で支持板上に固定されていると良い。
【００１１】
このように構成されるので、群速度分散制御部から出力されたパルス光はコリメータを経て、シングルモードファイバ中に導入される。
【００１２】
また、この発明のレーザ装置において、レーザ発振器、群速度分散制御部、伝送部の各々において、各構成部品の位置関係が熱の影響によって変化しないことが好ましく、さらに、レーザ発振器、群速度分散制御部、伝送部の各々の間の相対的位置関係も熱の影響によって変化しないように構成することが好ましい。その一つの方法として、支持板としての材料が熱膨張係数の小さい材料、例えばゼロデュア（ショット社の商品名）のような熱膨張係数が−０．０９×１０−６／℃程度以下のものを用いることができる。ただし、ゼロデュアは一種のガラスなので加工がし難くまた価格も高い。従って、他の方法として、アルミニウムのような加工がしやすく、錆びにくく安価な材料を用いる。
【００１３】
一方、ステンレスはアルミニウムに比較して熱膨張係数が小さく錆びにくいが、熱伝導性が悪い。このステンレスの特性は、熱分布の不均一を生じ易いため、全体にわたって機械的歪みを発生しやすい。
【００１４】
アルミニウムは軽量であると共に、熱伝導性が高いためである。熱伝導性が高いので、熱が全体にわたって拡がりやすく、部分的に熱膨張が生じない。よって、光路がずれない。
【００１５】
また、この発明のレーザ装置において、好ましくは、支持板の内部に、冷却水を流すための水路が設けられていると良い。
【００１６】
支持板自体の放熱作用が促進されて、支持板内部における熱の蓄積が抑制される。
【００１７】
また、支持板が筐体の内部に設けられていて、伝送部の非固定部分がこの筐体の外部に導出されていると良い。
【００１８】
筐体により覆われるので、レーザ発振器や群速度分散制御部などの光学ユニットが外部から保護される。
【００１９】
このとき、支持板が、緩衝材を介して筐体に結合しているのが好ましい。
【００２０】
このように構成することによって、適当な防振構造が得られ、光軸のずれが生じにくくなる。
【００２１】
また、この発明の実施に当たっては、緩衝材をゲル状物質でつくられた振動吸収体とするのが好適である。
【００２２】
さらに、この発明のレーザ装置において、好ましくは、レーザ発振器をモード同期固体レーザ、たとえば、モード同期チタンサファイアレーザとすると良い。
【００２３】
また、この発明のレーザ装置において、好ましくは、レーザ発振器に励起光を供給するための励起光源をさらに具えると良い。
【００２４】
例えば、励起光源をダイオード励起の固体レーザとするのが好適である。
【００２５】
また、この発明のレーザ装置において、好ましくは、レーザ発振器、群速度分散制御部および伝送部を構成する金属部品として、支持板と同じ金属が用いられていると良い。
【００２６】
このような構成によれば、熱サイクルを受けても、各部品間の熱膨張の差が累積することがない。従って、光路がずれない。
【００２７】
また、この発明のレーザ装置において、好ましくは、レーザ発振器と群速度分散制御部とが、支持板の表裏にそれぞれ固定されていると良い。
【００２８】
レーザ発振器および群速度分散制御部を、このように支持板上に配置すれば、支持板の小型化および軽量化が可能になる。また、小型化により、装置全体の温度の不均一が少なくなる。たとえ、多少の温度不均一が残ったとしても、支持板の表と裏とで受ける熱による影響の差が小さくなり、それによる光路のずれは生じにくくなる。さらに、小型化により、熱膨張による伸び縮みの絶対値が小さくなる。
【００２９】
また、この発明のレーザ装置において、好ましくは、レーザ発振器から出力されたパルス光を、支持板に設けられた貫通孔に通して、群速度分散制御部に供給する構成にすると良い。
【００３０】
支持板の内部は、比較的温度が一定であり、空気擾乱の影響も少ないので、光ビームが安定する。
【００３１】
また、この発明のレーザ装置の好適例によれば、群速度分散制御部は、回折格子、第１反射体および第２反射体を具えているのが好ましい。上述の回折格子は、レーザ発振器により供給されたパルス光の各波長成分を、波長に応じた方向へそれぞれ回折させるものである。また、第１反射体は、回折格子を経て入射したパルス光を、このパルス光の入射方向に平行な方向へ反射させて回折格子へ戻すものである。さらに、第２反射体は、第１反射体および回折格子を経て入射したパルス光を、このパルス光の入射方向に平行な方向へ反射させて回折格子へ戻すものである。
【００３２】
レーザ発振器から供給されるパルス光は、回折格子に入射する。パルス光の各波長成分は、波長に応じた方向にそれぞれ回折される。パルス光の各波長成分は、所定位置に配置された第１反射体に入射し、それぞれ入射方向に平行な方向に反射されるため、回折格子に戻される。
【００３３】
続いて、パルス光は、回折格子により第２反射体に向けて回折される。第２反射体では、パルス光の各波長成分がそれぞれ入射方向に平行な方向に反射される。従って、パルス光は回折格子に戻される。その後、パルス光は、往路と平行な光路を辿って、回折格子、第１反射体および回折格子の順に伝搬される。
【００３４】
よって、パルス光の各波長成分の間には、回折格子と第１反射体との間の距離に応じた光路差が生じる。この装置内では、長波長成分が短波長成分に比べて長い距離の光路を伝搬する。そのため、パルス光がこの群速度分散制御部を通過すると負の群速度分散を受けて、パルスの後端近くが赤方シフトした成分となり、パルスの前端近くが青方シフトした成分となる。このパルス光が伝送部に導入されるので、パルス光は伝送部における正の群速度分散を受けて、出力時にはパルス拡がりが小さくなる。
【００３５】
この発明のレーザ装置の好適例によれば、第１反射体と回折格子との間の距離が可変にできるように、第１反射体が、光軸に沿う直線方向への移動を可能にする移動機構を具えている。
【００３６】
このような移動機構を具えるので、群速度分散制御部内部の群速度分散を、伝送部を構成する光ファイバの長さに合わせて調節することができる。従って、光ファイバを交換したときも、アライメントをやり直す必要がない。
【００３７】
また、この発明のレーザ装置の他の好適例によれば、第１および第２反射体の各々が、互いに垂直な二つの反射面を有したプリズムであって、第１反射体としてのプリズムの反射面の双方に垂直な面と、第２反射体としてのプリズムの反射面の双方に垂直な面とを互いに垂直に配置することを特徴とする。
【００３８】
このように構成してあるので、パルス光の入射光路および出射光路は互いに分離される。従って、ビームスプリッタなどの分波器を用いる必要がない。
【００３９】
また、この発明のレーザ装置の他の好適例によれば、第１および第２反射体の各々が、互いに垂直な二つの反射面を有したルーフ型ミラーであって、第１反射体としてのルーフ型ミラーの反射面の双方に垂直な面と、第２反射体としてのルーフ型ミラーの反射面の双方に垂直な面とを互いに垂直に配置することを特徴とする。
【００４０】
このような構成によれば、パルス光をプリズムに通さなくて済む。つまり、群速度分散制御部内の余計な分散媒質を無くすことができる。
【００４１】
また、この発明のレーザ装置のさらに他の好適例によれば、第１反射体の移動機構の制御に対して、伝送部から出力されたパルス光のパルス幅を指標とした負帰還を行う。
【００４２】
この結果、レーザ発振器および伝送部における擾乱が安定化する。
【００４３】
また、この発明のレーザ装置のさらに他の好適例によれば、回折格子の入射パルス光に対する角度を、レーザ発振器から出力されるパルス光の波長を指標として変化させる。
【００４４】
このように、パルス光の波長に合わせて回折格子を回転させるので、パルス光の波長が変化しても、アライメントをやり直す必要がない。
【００４５】
また、この発明のレーザ装置において、好ましくは、レーザ発振器、群速度分散制御部および伝送部を構成する部品の支持板に接続される側に位置決め用の凸部または凹部が設けられており、これら凸部または凹部が組み合わされる凹部または凸部を、支持板の所定の位置に形成してあると良い。
【００４６】
この構成によれば、光学素子およびホルダからなる部品を配置できる位置が、支持板側の凹部または凸部を設けた所定の位置に制限される。これら支持板側の凹部または凸部と、部品側の凸部または凹部とは、現在の機械加工技術を駆使することで、それぞれ高い精度で形成できる。従って、部品側の凸部または凹部が支持板側の凹部または凸部に組み合わさるように、部品を支持板に置くのみで、部品を支持板の所定位置に高い精度で配置できる。もしも、部品の光学素子が光軸から多少ずれていた場合には、部品を構成するホルダが一般に有する光学素子微動機構でこの軸ずれを修正することができる。従って、この構成によれば、光学素子の軸調整作業を従来より軽減できるので、所望の光学系を従来より簡易に形成できる。
【００４７】
また、この発明のレーザ装置において、好ましくは、伝送部の非固定部分の端部に、正の群速度分散を有する半導体結晶を利用した圧縮ユニットをさらに結合してあると良い。
【００４８】
伝送部を構成するファイバの内部に、フェムト秒程度のパルス光が伝送されると、そのピーク強度の強さのために、自己位相変調効果が生じる。この効果のために、スペクトルの狭帯域化が生じて、パルスが拡がってしまう。この自己位相変調効果の大きさは、パルス光のピーク強度に依存するため、１ミリワット程度の十分微弱なフェムト秒パルスであれば、ファイバで伝送可能である。しかし、このような微弱強度では、フェムト秒パルスの応用という側面からは不適当である。少なくとも、５０ミリワット程度は伝送する必要がある。
【００４９】
そこで、この発明では、群速度分散制御部と共に圧縮ユニットを用いている。すでに述べたように、群速度分散制御部は、光パルスに負の群速度分散を与えることにより、例えば１００フェムト秒程度の光パルスを６ピコ秒程度まで広げるものである。この程度のパルス幅であれば、数１００ミリワットの光パルスを、自己位相変調効果を無視して伝送することができる。ただし、ファイバ出力端でもパルス幅は３ピコ秒程度であり、フェムト秒には戻っていない。そこで、上述の圧縮ユニットにより、このファイバ端において、一気にパルス幅をピコ秒からフェムト秒に圧縮する。
【００５０】
この圧縮ユニットは、半導体結晶をもって構成されており、この結晶のバンドギャップ端における急峻な正の分散カーブを利用するものである。平均強度の大きいフェムト秒パルス光を、ファイバだけで伝送することはできない。しかし、上述したように、群速度分散制御部によってピコ秒までパルス幅を広げて、伝送部により平均強度を維持しながら伝送し、最後に圧縮ユニットを用いてパルス幅を圧縮することで、フェムト秒パルス光のファイバ伝送が可能となる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、図は、この発明が理解できる程度に形状、大きさおよび配置関係を概略的に示しているに過ぎない。また、以下に記載される数値等の条件や材料などは単なる一例に過ぎない。よって、この発明は、この実施の形態に何ら限定されることがない。
【００５２】
この実施の形態のレーザ装置につき、図１を参照して説明する。図１は、実施の形態のレーザ装置の構成を示す図である。図１（Ａ）は、レーザ装置を上方から見たところを示しており、図１（Ｂ）は、レーザ装置を側方（図１（Ａ）の左側）から見たところを示している。
【００５３】
このレーザ装置は、主として、レーザ発振器１０と群速度分散制御部１２と伝送部１４とで構成されている。レーザ発振器１０は、パルス光を生成する光学ユニットである。群速度分散制御部１２は、レーザ発振器１０から出力されたパルス光の群速度分散を制御する光学ユニットである。伝送部１４は、コリメータ８０とシングルモードファイバ１４ａにより構成されていて、群速度分散制御部１２によって群速度分散が制御されたパルス光を伝送するための光学ユニットである。
【００５４】
また、この実施の形態のレーザ装置では、レーザ発振器１０と、群速度分散制御部１２と、伝送部１４の一端とが、１枚の支持板１６上に固定されている。この支持板１６は、厚さが５ｃｍ程度のアルミニウム（アルミ５０５２）板である。この支持板１６の表側および裏側のそれぞれに、レーザ発振器１０および群速度分散制御部１２が設けられている。すなわち、レーザ発振器１０および群速度分散制御部１２は、支持板１６を挟んで対向した状態に設置されている。
【００５５】
また、伝送部１４は、シングルモードファイバ（以下、ファイバと略称する。）１４ａと、その端部に接続されたコリメータ８０とをもって構成されている。ファイバ１４ａとコリメータ８０とは、十分に高い精度で相対位置が合わせられた状態で、互いに接続されている。伝送部１４の一端、すなわちコリメータ８０は、群速度分散制御部１２の光軸と調芯された状態、例えば、±１０μｒａｄ　以下の光軸の角度精度、±１０μｍ以下の光軸の位置精度に調芯された状態で、支持板１６の群速度分散制御１２側の面上に固定されている。従って、群速度分散制御部１２から出力されたパルス光は、コリメータ８０を経て、ファイバ１４ａ中に導入される。
【００５６】
このような構成によれば、支持板１６の片面に各光学ユニットを設ける場合に比べて、支持板１６を小型にすることができる。従って、装置全体も小型化され、重量も軽減する。しかも、支持板１６の片面だけが光学ユニットから放出される熱により影響を受けることもなくなり、部分的な熱膨張による光学ユニットの光軸ずれが低減する。
【００５７】
この例のレーザ装置は、長さ６５０ｍｍ、高さ５００ｍｍ、厚さ２００ｍｍであり、重量が５０Ｋｇ以下である。
【００５８】
このように、この実施の形態のレーザ装置は、１つの支持板１６上に組み込まれた状態で提供される。また、各光学ユニットの光軸はすでに調整された状態で提供される。従って、ユーザは、煩雑な調芯作業を行う必要がなく、所望のパルス光をすぐに使用することができる。
【００５９】
さらに詳細にレーザ装置の構成につき説明する。この実施の形態のレーザ装置本体は、適当な筐体の内部に収められているために、運搬しやすくなっている。図２は、筐体の構成を示す図である。図２（Ａ）は側面図であり、図２（Ｂ）は正面図である。図２（Ａ）には、支持板１６の群速度分散制御部１２側が示されている。
【００６０】
上述したように、この実施の形態のレーザ装置の重量は５０Ｋｇである。このような重量になると、運搬の安全性や、重さによる筐体の歪みなどを考慮する必要がある。そのため、図２（Ａ）に示すように、筐体１８としては、２枚の板２０および２２を平行に対向させ、これらの間を４本の肉厚のアルミニウムのパイプ２４によって接続したものを用いている。パイプ２４の外径は３０ｍｍ程度である。このような構造を採用することにより、歪みに対する強度が確保されている。また、パイプ２４には、手で握ることを考慮して、適当な滑り止め加工、例えば図示例のような溝加工が表面に施されている。これらパイプ２４の間に、光学ユニットが設けられた支持板１６が収められる。図２（Ｂ）に示すように、支持板１６は、図２（Ｂ）中の上下方向にわたり主面（光学ユニットが設けられた面）が延在するようにして設けられる。
【００６１】
そして、光学ユニットを含む支持板１６は、外装板２６により覆われている。この実施の形態のレーザ装置は、アライメントフリーになっている。
【００６２】
また、一方の板２０にはファイバ１４ａを通すための孔が開けられている。ファイバ１４ａの非固定部分は、この孔を通って、筐体１８の外部に導出されている。あるいは、板２０にファイバ１４ａの接続が可能なコネクタを設けておき、群速度分散制御部１２から出力された光を、コリメータ８０を経て、このコネクタに伝送させる構成にしておけば、この部分でファイバ１４ａの脱着作業を行うことができる。
【００６３】
この例で用いられるファイバ１４ａは、コア径が５．３μｍであり、開口数ＮＡが０．１２である。
【００６４】
さらに、この実施の形態のレーザ装置は、レーザ発振器１０に励起光を供給するための励起光源２８を具えている。この励起光源２８は、支持板１６の上側（図２（Ａ）中の上側）に固定された状態で設置されている。
【００６５】
また、図３に、支持板１６を含む図２（Ｂ）のＩ−Ｉ線の位置で切った切り口の断面を示す。図３は、支持板と筐体との結合の様子を示す断面図である。
【００６６】
支持板１６の下側（図３中の下側）には、架橋板３０が設けられており、この架橋板３０の両端はそれぞれ板２０および２２に接続されている。この架橋板３０の上に適当な個数の、例えばゲル状物質でつくられた振動吸収体３２が緩衝材として設けられている。支持板１６は、これら振動吸収体３２を介して筐体に結合している。また、支持板１６の側面と対向する板２０および２２の双方にも、振動吸収体３２が適当個数設けられている。従って、支持板１６の側方も、振動吸収体３２を介して筐体に結合している。さらに、支持板１６の主面と対向する外装板２６の裏側にも、振動吸収体が適当個数設けられている。このように、支持板１６は、筐体１８中に振動吸収体３２を介して設けられることによって、所定の防振構造が実現されている。従って、防振テーブルに設置する必要はない。
【００６７】
尚、一例として、直径３０ｍｍ、高さ２２ｍｍ、共振点１０Ｈｚ付近の振動吸収体を支持板１６の下に８個、前後左右に各１個、合計１２個を配置するのが好ましい。
【００６８】
次に、支持板１６の構成をさらに詳細に説明する。図４は、支持板１６の構成を示す平面図である。図４には、群速度分散制御部１２が設けられている側が示されている。支持板１６の上側には励起光源２８が設置されている。
【００６９】
上述したように、支持板１６はアルミニウムにより形成されている（アルミニウム合金でも良い。）。各光学素子は、アルミニウム板の表面が掘削された部分１６ａ、１６ｂおよび１６ｃにそれぞれ設置されている。これら１６ａ、１６ｂ及び１６ｃは、凹部であり、それぞれの形状は強度を保ちながら軽量化を実現できる。この支持板１６全体を一定温度に保つために、板の中心部分に冷却水が通る孔が水路として開けられている。その孔の部分には、折り曲げ自在な中空パイプ３４が接続されており、それを通して支持板１６内に冷却水が供給されるようになっている。ここでは、励起源として使用している後述するグリーンレーザは、通常約２０分で立ち上がる。定常運転時には、通常、グリーンレーザの筐体の前方は約２９度、後方は約２７度程度まで温度が上昇する。この温度差は、アルミに熱膨張を発生させ、筐体に歪みを生じさせる。歪みの大きさは、アルミの熱膨張係数とグリーンレーザの長さを考慮すると、２℃の温度差で最大約２０ミクロンに達する。最大値で２０ミクロンと予想される筐体の変位は、グリーンレーザが単体の場合は殆ど問題にならない。しかし、一体化して、グリーンレーザと後述するチタンサファイアレーザを含む光学系の光軸精度を±１０ミクロン以下に保つためには、グリーンレーザの筐体の温度分布は無視できない値である。
【００７０】
そこで、グリーンレーザ筐体と、チタンサファイア共振器を接続している中間部分に、水冷機構を有する厚さ１０ミリのアルミの板を配置した。水冷はアルミ板内部に４ケ所貫通穴を開け、その内部に循環冷却水を通すことで行った。冷却水の温度は約２３度、流量は毎分約６００ミリリットルである。
【００７１】
一方、チタンサファイア共振器は、共振器の支持板の中心部に５ケ所貫通穴を開け、内部に別の冷却機からの循環水を通している。冷却水の温度は約２３度、流量は毎分約６００ミリリットルである。
【００７２】
さらに、上記の支持板の循環の途中にバイパスを設け、チタンサファイア結晶の冷却を行っているペルチェ素子の排熱側の冷却を共用している。
【００７３】
この温度対策により、グリーンレーザとチタンサファイア共振器の表面温度は、グリーンレーザが全面に渡り２４度程度、チタンサファイア共振器の表面温度が２３度程度となっている。
【００７４】
なお、レーザ発振器１０側も同じように、支持板１６の掘削された部分に、各光学素子が設置されている。
【００７５】
また、励起光源２８から出力された励起光は、支持板１６の上側側面に設けられた励起光導入用ミラー３８により反射されて、レーザ発振器１０側に伝搬されるようになっている。
【００７６】
次に、この実施の形態のレーザ装置の光学系について説明する。先ず、図５を参照して、レーザ発振器１０の構成につき説明する。図５は、レーザ発信器１０の構成を示すブロック図である。
【００７７】
このレーザ発振器１０は、モード同期チタンサファイアレーザとして構成されている。この例のレーザ発振器１０のサイズは、幅が３２０ｍｍ、長さが５９０ｍｍ、高さが９０ｍｍである。
【００７８】
このレーザ発振器１０のために、上述した励起光源２８として、ダイオード励起の固体グリーンレーザが用いられる。励起光源２８内部のダイオードは、ドライバ３６によって駆動される。励起光源２８は、波長が５３２ｎｍ、出力が３．５Ｗの励起光を出力する。この励起光が、励起光集光ミラー３８および４０により順次に反射されて、レーザ発振器１０へ伝送される。
【００７９】
また、レーザ発振器１０は、レーザ媒質として、Ｔｉ：Ａｌ２　Ｏ３　結晶４２を具えている。Ｔｉ：Ａｌ２　Ｏ３　結晶４２は、０．１５重量パーセントのチタンをドープしたサファイアである。Ｔｉ：Ａｌ２　Ｏ３　結晶の発光スペクトルは、６００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長域にわたる。この結晶４２には、ペルチェ素子などのサーマルエレクトリッククーラ（以下、Ｔ．Ｅ．Ｃと略称する。）が取り付けられており、温度が一定の状態に管理されている。このＴ．Ｅ．Ｃは、Ｔ．Ｅ．Ｃドライバ４４によって制御されている。
【００８０】
また、このレーザ発振器１０中には、４つのチャープミラー４６ａ、４６ｂ、４６ｃおよび４６ｄが設けられており、これらは共振器の一部として機能する。チャープミラー４６ａ〜４６ｄは、一般的なＺ字型の共振器を構成している。共振器中の光は、これらチャープミラー４６ａ〜４６ｄ間で７回反射されてから、出力ミラー４８を経て、外部に出力される。このように、光をチャープミラー４６ａ〜４６ｄ間で繰り返し反射させることにより、Ｔｉ：Ａｌ２　Ｏ３　結晶４２が持つ群速度分散を補償している。
【００８１】
また、このレーザ発振器１０の共振器の一端には、終端ミラー５０が設けられている。この終端ミラー５０は、スライダ機構により光軸方向に移動することができる。このスライダ機構は、スタータ５２により制御されるソレノイド５４によって駆動される。スタータ５２は、手動操作のスイッチによって作動する。すると、スタータ５２は、ソレノイド５４を作動させて、終端ミラー５０を微小に移動させる。この結果、共振器中にＦＭ変調が引き起こされ、モード同期が開始する。
【００８２】
レーザ発振器１０へ入射された励起光は、波長板（λ／２板）５３を通った後、励起光集光レンズ５５によってＴｉ：Ａｌ２　Ｏ３　結晶４２に集光される。Ｔｉ：Ａｌ２　Ｏ３　結晶４２から出射した光は、凹面鏡５６に反射されてチャープミラー４６ａに伝送される。チャープミラー４６ａにより反射された光は、チャープミラー４６ｂ、終端ミラー５０、チャープミラー４６ｂ、チャープミラー４６ａ、凹面鏡５６、凹面鏡５８、チャープミラー４６ｄ、チャープミラー４６ｃおよび出力ミラー４８の順に伝搬される。出力ミラー４８からは、約７０フェムト秒の光パルスが出力される。このレーザ発振器１０の最大出力は、４５０ｍＷである。
【００８３】
さらに、このレーザ発振器１０は、モード同期状態を常に監視し、万一、モード同期状態が停止した場合は、自動的に、つまり手動作によらず、上記のようにソレノイド５４を駆動し、再度、モード同期を開始させる機能も有している。
【００８４】
モード同期状態の監視には、以下のような原理を利用している。
【００８５】
モード同期発振すると、出力光は、共振器の光路長で決まる周波数で繰り返すパルス列を生じる。この繰り返し周波数は、ｃ／（２Ｌ）（ただし、ｃは光速度、Ｌは共振器長である。）により表される。すなわち、１．５ｍ（メートル）の共振器長の場合、パルス列の繰り返し周波数は１００ＭＨｚ（メガヘルツ）となる。
【００８６】
一方、モード同期発振から外れると、ほとんどの場合、連続発振状態になる。よって、レーザ発振器１０の出力を光検知器で監視し、決まった周波数のパルス状の繰り返し信号が出力されるか、あるいは、一定強度の信号が出力されるか、どちらの状態であるかを判断すれば、レーザがモード同期状態であるかどうかを容易に判断できる。このような光検知器として、レーザ発振器１０の内部にフォトダイオード５７を設けてある。フォトダイオード５７は、上述の凹面鏡５６を透過した光を受光する。フォトダイオード５７で受信された信号は、スタータ５２に入力される。スタータ５２は、フォトダイオード５７の受信信号により、モード同期状態を監視することができる。
【００８７】
具体的には、フォトダイオード５７の受信信号の周波数を、カウンタによって約１／１０に周波数変換している。そして、この周波数変換された信号を、スタータ５２内部に内蔵されるチャージポンプ回路に導く。このチャージポンプ回路は、繰り返し信号が入力されると出力電圧を上昇させ、繰り返し信号が入力されなくなると出力電圧が減少するという電子回路である。この回路の出力状態を、ソレノイド５４に送るトリガ信号として利用している。
【００８８】
なお、レーザ発振器１０を波長可変に構成するには、共振器内のレーザ媒質後段に複屈折フィルタを挿入する。複屈折フィルタは、複屈折媒質例えば水晶で形成された平行平板である。この複屈折フィルタの入射面を、レーザビームに対する入射角度がブリュースター角になるように設ける。複屈折フィルタを、その入射面の法線に関して、回転させることにより、共振器内のレーザビームの波長選択を行うことができる。
【００８９】
このレーザ発振器１０から出力されたパルス光は、支持板１６のレーザ発振器１０側に設けられたミラー６０により反射され、支持板１６の表側から裏側にわたり開けられた貫通孔６１を通って、支持板１６の裏側、すなわち、レーザ発振器１０が設けられる側とは反対側、すなわち、群速度分散制御部１２側に送られる。上述したように、支持板１６は冷却機構を具えているため、支持板１６の内部は、比較的温度が一定である。しかも、貫通孔６１の内部は空気擾乱の影響も少ないので、光ビームは安定した状態で伝送される。
【００９０】
次に、図６を参照して群速度分散制御部１２の構成につき説明する。図６は、群速度分散制御部１２の構成を示すブロック図である。この群速度分散制御部１２は、第１反射体としての直角プリズム６２、回折格子（グレーティング）６４および第２反射体としての直角プリズム６６を具えている。図１中には、光の伝搬経路を実線ｂおよび破線ｒにより示してある。
【００９１】
上述の回折格子６４は、レーザ発振器１０により供給されたパルス光の各波長成分を、波長に応じた方向へそれぞれ回折させるものである。また、直角プリズム６２は、回折格子６４を経て入射したパルス光を、パルス光の入射方向に平行な方向へ反射させて回折格子６４へ戻すものである。また、直角プリズム６６は、直角プリズム６２および回折格子６４を経て入射したパルス光を、パルス光の入射方向に平行な方向へ反射させて回折格子６４へ戻すものである。各直角プリズム６２および６６は、互いに垂直な二つの反射面をそれぞれ有している。
【００９２】
上述したように、レーザ発振器１０側から送られたパルス光は、支持板１６に設けられた貫通孔６１を通って、群速度分散制御部１２に入力される。入力パルス光は、群速度分散制御部１２に設けられた、平面鏡６８、凸面鏡７０、凹面鏡７２、平面鏡７４、平面鏡７６および平面鏡７８の順に反射されてゆく。そして、平面鏡７８により反射されたパルス光は、先ず、回折格子６４に入射する。
【００９３】
回折格子６４に入射したパルス光は、各波長成分に分離されて、各波長成分が波長に応じた方向にそれぞれ回折される。図６では、長波長成分（レッド）の光路が破線ｒにより示されており、短波長成分（ブルー）の光路が実線ｂにより示されている。長波長成分の方が短波長成分に比べて回折角が大きく、回折後は、長波長成分ｒと短波長成分ｂとが一致しない。
【００９４】
この実施の形態では、回折格子６４のピッチは６００本／ｍｍである。また、回折格子６４のサイズは、幅が３０ｍｍ、長さが３０ｍｍである。
【００９５】
回折格子６４で回折されたパルス光は、直角プリズム６２に入射して反射される。パルス光は、直角プリズム６２内において、互いに垂直な二つの反射面に順次に反射されて、入射方向（回折格子６４で回折されたパルス光が直角プリズム６２に入射するときの伝搬方向）と平行な方向に反射される。反射されたパルス光は、再び回折格子６４に入射する。パルス光の入射位置は、初めに回折格子６４に入射した位置と異なっており、また、波長成分に応じても異なっている。回折格子６４では、パルス光の各波長成分が入射方向（平面鏡７８で反射されたパルス光が回折格子６４に入射するときの伝搬方向）と同じ方向に向けて回折されるために、各波長成分は互いに平行となる。そして、各波長成分は、直角プリズム６６に入射する。
【００９６】
パルス光は、直角プリズム６６内において、互いに垂直な二つの反射面に順次に反射されて、入射方向と平行な方向に反射される。反射されたパルス光は、再び回折格子６４に入射する。
【００９７】
なお、一方の直角プリズム６２の反射面の双方に垂直な面と、他方の直角プリズム６６の反射面の双方に垂直な面とを互いに垂直に配置してある。図示例では、一方の直角プリズム６２の反射面の双方に垂直な面は、図６中の紙面に平行な面である。また、他方の直角プリズム６６の反射面の双方に垂直な面は、図６中の紙面に対して垂直な面である。
【００９８】
従って、直角プリズム６６では、パルス光は、最初に図６の紙面に垂直な方向に反射され、続いて、図６の紙面に平行な方向に反射されて回折格子６４に戻される。その後、パルス光は、平面鏡７８、回折格子６４、直角プリズム６２、回折格子６４および直角プリズム６６の順に伝搬された最初の光路と、平行な別の光路を伝搬される。すなわち、パルス光は、回折格子６４、直角プリズム６２および回折格子６４の順に伝搬される。この帰りの光路は、行きの光路とずれているために、パルス光は平面鏡７８に入射されずに直進する。そして、パルス光は、群速度分散制御部１２から出力され、コリメータ８０に入射して、コリメータ８０に接続されたファイバ１４ａにより装置外部に伝送される。
【００９９】
また、この実施の形態では、直角プリズム６２と回折格子６４との間の距離が可変にできるように、直角プリズム６２が、光軸に沿う直線方向への移動を可能にする移動機構を具えている。この移動機構のため、直角プリズム６２は、この直角プリズム６２に対するパルス光の入射方向を一定に保った状態で、直線移動を行うことができる。すなわち、直角プリズム６２は、図６に示すａ方向に移動することができる。直角プリズム６２を移動させると、直角プリズム６２と回折格子６４との間の距離が変化するので、パルス光の各波長成分間の光路差を変化させることができる。
【０１００】
以上説明したように構成してあるため、群速度分散制御部１２内では、長波長成分ｒの方が短波長成分ｂに比べて長い距離の光路を伝搬する。従って、ファイバ１４ａに入力した時点では、パルス光の各波長成分の間に、回折格子６４と直角プリズム６２との間の距離に応じた光路差が生じている。
【０１０１】
このように、群速度分散制御部１２は、パルス光に負の群速度分散を与えるものである。この実施の形態の群速度分散制御部１２によれば、例えば、１００フェムト秒程度のパルス光のパルス幅を６ピコ秒程度にまで広げることができる。パルス光の、回折格子６４を通過した時点での出力は１１０ｍＷであるが、上述した程度のパルス幅であれば、数１００ミリワットのパルス光を、自己位相変調効果を無視してファイバ１４ａにより伝送することができる。
【０１０２】
また、ファイバ１４ａの出力端（非固定部分の端部）には、圧縮ユニット８２が接続されている。この圧縮ユニット８２は、正の群速度分散を有する半導体結晶により構成されている。このような結晶としては、例えば、ＺｎＳｅやＣａＳｅなどがある。この圧縮ユニット８２は、半導体結晶のバンドギャップ端における急峻な正の分散カーブを利用して、ピコ秒程度の光パルス幅をフェムト秒程度に圧縮する。この例では、ファイバ１４ａの出力端において、パルス光のパルス幅が３ピコ秒程度になっている。パルス光は、ファイバ１４ａから圧縮ユニット８２内に導入されると、ビーム径が１ミリ程度に広がり、複数回結晶中を通過した後に外部に出力される。その結果、パルス光のパルス幅は１００フェムト秒程度に圧縮される。
【０１０３】
以上説明したように、この実施の形態の群速度分散制御部１２では、ビームを空間的に折り畳んだ形の光学系が採用されている。このため、プリズム対や回折格子対を用いる従来の装置に比べて、約１／２の寸法の面内に構成することができる。
【０１０４】
また、直角プリズム６２は、６０ｍｍの距離だけスライドさせることができる。その結果、この群速度分散制御部１２の群速度分散は、１５００００ｆｓ２　ないし２０００００ｆｓ２　の範囲で変化可能である。この値から接続可能なファイバ１４ａの長さを求めると、３．５ｍから５ｍとなる。この程度の長さのファイバ１４ａを用いることができるため、この実施の形態のレーザ装置を顕微鏡の光源として利用することは実用的に十分可能である。
【０１０５】
さらに、直角プリズム６２と回折格子６４との間の距離が可変にできるように、直角プリズム６２が、直角プリズム６２へ回折格子６４からの光が入射し、その光を全て入射した光と平行を保つ方向に向かい反射できるような移動が可能である。例えば、直角プリズム６２の移動については、回折格子６４からの出射光の中心波長の光の光軸の方向への直線移動が考えられる。
【０１０６】
また、この中心波長が±５０ｎｍ変化する場合は、回折格子６４からの出射光の角度が±２°変化し、直角プリズム６２から回折格子６４へ反射光は回折格子６４の表面上±１０ｍｍ変化する。従って、回折格子６４の溝の方向に対して直角方向の長さは５０ｍｍ以上あることが好ましい。
【０１０７】
なお、直角プリズム６２および６６の代わりに、ルーフ型ミラー（ルーフトップミラー）をそれぞれ用いても良い。ルーフ型ミラーは、２枚の平面鏡を、それらの反射面が直交するように組み合わせた形状のミラーである。このような二つのルーフ型ミラーを、直角プリズムの場合と同様に配置する。すなわち、一方のルーフ型ミラーの反射面の双方に垂直な面と、他方のルーフ型ミラーの反射面の双方に垂直な面とを互いに垂直に配置すれば良い。このようなミラーを用いれば、パルス光をプリズムに通さなくて済む。すなわち、群速度分散制御部１２内の余計な分散媒質を無くすことができる。
【０１０８】
さらに、直角プリズム６２の代わりにコーナーキューブリフレクタを用い、直角プリズム６６の代わりに平面鏡を用いる構成としても良い。
【０１０９】
また、直角プリズム６２の移動機構は、装置の外部から電気的に制御できるように構成されている。このように構成してあるので、群速度分散制御部１２内部の群速度分散を、ファイバ１４ａの長さに合わせて調節することができる。従って、ファイバ１４ａを交換したときも、アライメントをやり直す必要がない。
【０１１０】
さらに、波長可変にした場合および接続するファイバの長さを変化させた場合などにおいて、直角プリズム６２の移動機構の制御に対して、ファイバ１４ａから出力されたパルス光のパルス幅を検出し、前記検出されたパルス幅と目的とするパルス幅との差を演算して、直角プリズム６２の移動量を直角プリズム６２の移動機構へ負帰還を行うようにしてある。この結果、ファイバ１４ａから出力されるパルス幅が一定となる。
【０１１１】
さらに、回折格子６４は、格子面に平行な軸（図６中の紙面に対して垂直な軸）に関して回転可能に構成してある。そして、回折格子６４の入射パルス光に対する角度を、レーザ発振器１０から出力されるパルス光の波長を指標として変化させるようにしてある。つまり、上述したレーザ発振器１０の波長可変機構と連携させ、波長可変機構を構成する複屈折媒質の回転角に応じて、回折格子６４を回転させるようにしてある。このように、パルス光の波長に合わせて回折格子６４を回転させるので、パルス光の波長が変化しても、アライメントをやり直す必要がない。
【０１１２】
以上のように、この実施の形態のレーザ装置は、機能的に異なる３つのユニットが相まって１つの装置として機能するように構成されたものである。このレーザ装置は、空間を伝播するレーザビームを扱う。このような空間ビームを扱う際の設計上、あるいは、製造上の工夫について述べる。
【０１１３】
この実施の形態では、レーザ発振器１０、群速度分散制御部１２および伝送部１４を構成する部品の支持板１６に接続される側に位置決め用の凸部または凹部を設けてある。そして、これら凸部または凹部が組み合わされる凹部または凸部を、支持板１６の所定の位置に形成してある。光学ユニットおよび支持板１６の双方に、このような位置決め機構が設けられている。
【０１１４】
図７は、位置決め機構の例を示す斜視図である。図７（Ａ）には、光学素子用ホルダ８４を下側から見たところが示されている。図７（Ｂ）には、支持板１６の一方の主面が示されている。
【０１１５】
光学素子用ホルダ８４は、上述の光学ユニットを構成する光学素子を保持するためのものである。この光学素子用ホルダ８４の下側、すなわち、支持板１６に接続される側に、位置決め用の凸部８６が形成されている。一方、支持板１６の所定位置には、光学素子用ホルダ８４の凸部８６が嵌合する凹部８８が形成されている。従って、光学素子用ホルダ８４の凸部８６を支持板１６上の凹部８８に嵌め込むことにより、光学素子を支持板１６上の所定位置に配置することができる。その後、所要の手段により光学素子ホルダ８４を支持板１６に固定すれば良い。
【０１１６】
このように構成してあるため、光学素子用ホルダ８４は、支持板１６の凹部８８を設けたことによって、所定の位置に配置される。これら支持板１６の凹部８８と、光学素子用ホルダ８４の凸部８６とは、現在の機械加工技術を駆使することで、それぞれ高い精度で形成できる。従って、光学素子用ホルダ８４の凸部８６が支持板１６の凹部８８に組み合わさるように、光学素子用ホルダ８４を支持板１６に置くのみで、光学素子を支持板１６の所定位置に高い精度で配置できる。もしも、光学素子が光軸から多少ずれていた場合には、光学素子用ホルダ８４が一般に有する光学素子微動機構でこの軸ずれを修正できる。従って、この構成によれば、光学素子の軸調整作業を従来より軽減できるので、所望の光学系を従来より簡易に形成できる。
【０１１７】
また、レーザ発振器１０、群速度分散制御部１２および伝送部１４を構成する金属部品として、支持板１６と同じアルミニウムが用いられている。このように、各部品の熱膨張係数を同じにすれば、熱サイクルを受けても、各部品間の熱膨張の差が累積することがなく、光路ずれが生じにくい。
【０１１８】
ただし、使用する部品によっては、微調整を行わなければならない場合には、微調整を行う部分のばねやレールはステンレスなどを、また、取り替えを必要とする部分の取り付けネジなどは真ちゅうなどを用いることもある。
【０１１９】
また、このレーザ装置の内部におけるビームの高さは、群速度分散制御部１２の一部を除いて１８ｍｍに統一されている。この値は、以下に述べるように、ＪＩＳ−Ｚ８８０１工業規格の標準数に基づいて決められたものである。すなわち、レンズやミラーは、入手の容易さとコストの点とで市販の標準品が多用されている。この標準品は、１／２インチ（１２．７ｍｍ）の寸法のものが多い。そこで、床面からのビームの高さとして、光学素子の保持に最低限必要なメカ機構の厚さと、この直径とを考慮して、上述の寸法に対して最も適当である１８ｍｍの値を選択している。
【０１２０】
次に、この実施の形態のレーザ装置の小型化の可能性について述べる。上述した現状のチタンサファイア共振器には、部品コストの削減のために、市販されているミラーやレンズが多用されている。上述したように、このような光学素子の直径は１／２インチのものが多い。従って、この直径をさらに半分にできれば、ビーム高さを１８ｍｍからさらに低くすることが可能になる。さらに、光学素子の取り付けに必要となるメカ部品も小型化が可能である。
【０１２１】
現在のレーザ装置は、本発明の実施により、筐体の長さ、高さ、幅の各最大寸法が長さ６５６ｍｍ、高さ５０８ｍｍ、幅２３４ｍｍで、重量が５０ｋｇ以下に小型化されている。さらに、小型化した実施例として、標準品として市販されているものに限られず、独自の寸法の光学素子を用いることによりブロックの大きさを半分にでき、これを第１段階とする。この第１段階では、共振器の支持板は、幅が２００ｍｍ、長さが５５０ｍｍ、厚さが６０ｍｍ以下の寸法になる。
【０１２２】
励起光源２８も、同様の手法により、幅が１００ｍｍ、長さが３９０ｍｍ、高さが９０ｍｍ以下の寸法になる。
【０１２３】
従って、レーザ装置全体の寸法は、筐体の最大寸法で長さ６２０ｍｍ、高さ４３０ｍｍ、幅１７０ｍｍ以下にすることができる。
【０１２４】
さらに、ブロックの大きさは小さくせずにそのパッキング密度をあげることにより更に小さくでき、これを第２段階とする。この第２段階では、共振器は、幅が６０ｍｍ、長さが１０５ｍｍ、高さが４５ｍｍ以下の寸法になる。
【０１２５】
同様の技術により、励起光源２８は、幅が３０ｍｍ、長さが６０ｍｍ、高さが３０ｍｍ以下の寸法になる。
【０１２６】
従って、レーザ装置全体の寸法は、長さ２３０ｍｍ、高さ１７５ｍｍ、厚さ１５５ｍｍ以下にすることができる。
【０１２７】
【発明の効果】
この発明のレーザ装置によれば、レーザ発振器と群速度分散制御部と伝送部の一端とが共通の支持板上に固定されている。各光学ユニット間の光軸調整は既に完了した状態になされている。そして、これら各光学ユニットと支持板とは、共通の筐体の内部に収められている。よって、各光学ユニットがワンパッケージ化（一体化）された状態で提供される。このような一体化構造によれば、各光学ユニットの温度環境が共通化される。しかも、各光学ユニットを光学ベンチ上に配置して、光軸調整を行う手間が省ける。ユーザは、光軸調整を行う必要がなく、直ちにパルス拡がりの無い短パルス光を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のレーザ装置の構成を示す図である。
【図２】筐体の構成を示す図である。
【図３】支持板と筐体との結合の様子を示す図である。
【図４】支持板の構成を示す図である。
【図５】レーザ発振器の構成を示す図である。
【図６】群速度分散制御部の構成を示す図である。
【図７】位置決め機構の例を示す図である。
【符号の説明】
１０：レーザ発振器
１２：群速度分散制御部
１４：伝送部
１４ａ：ファイバ
１６：支持板
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ：掘削された部分
１８：筐体
２０，２２：板
２４：パイプ
２６：外装板
２８：励起光源
３０：架橋板
３２：振動吸収体
３４：中空パイプ
３６：ドライバ
３８，４０：励起光導入用ミラー
４２：Ｔｉ：Ａｌ２　Ｏ３　結晶
４４：Ｔ．Ｅ．Ｃドライバ
４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ：チャープミラー
４８：出力ミラー
５０：終端ミラー
５２：スタータ
５３：波長板
５４：ソレノイド
５５：励起光集光レンズ
５６，５８，７２：凹面鏡
５７：フォトダイオード
６０：ミラー
６１：貫通孔
６２，６６：直角プリズム
６４：回折格子
６８，７４，７６，７８：平面鏡
７０：凸面鏡
８０：コリメータ
８２：圧縮ユニット
８４：光学素子用ホルダ
８６：凸部
８８：凹部
【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】
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【図７】
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