(57)【要約】【課題】ダイオキシンといった短寿命励起分子を効率よく多光子イオン化して質量分析する場合やＭＡＬＤＩ質量分析計による蛋白質、ＤＮＡなどの測定、また、非線形光学現象の研究等に必要な、紫外域で短パルスかつ単色で高エネルギーの光パルスを出力することができるレーザーシステムを提供すること。【解決手段】励起用レーザーからの光を回折格子により１次回折光Ａと１次回折光Ｂを発生させ、該２つの回折光を色素セル上で重畳させ超短パルス光を発生せしめる分布帰還型色素レーザーと、該分布帰還型色素レーザーからの出力光を紫外光に変換する非線形光学結晶と、該非線形光学結晶からの紫外光を増幅するセリウムライカフ結晶とを有することを特徴とする分布帰還型色素レーザー。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起用レーザーからの光を回折格子により１次回折光Ａと１次回折光Ｂを発生させ、該２つの回折光を色素セル上で重畳させ超短パルス光を発生せしめる分布帰還型色素レーザーと、該分布帰還型色素レーザーからの出力光を紫外光に変換する非線形光学結晶と、該非線形光学結晶からの紫外光を増幅するセリウムライカフ（Ｃｅ３＋：ＬｉＣａＡｌＦ６）結晶とを有することを特徴とする分布帰還型色素レーザー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外域の単色なピコ秒波長可変レーザーパルスを直接増幅することができる、セリウムライカフ（Ｃｅ３＋：ＬｉＣａＡｌＦ６）結晶を用いる増幅手段を有する分布帰還型色素レーザーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、バイオ・生命科学分野における重要な科学計測手段である質量分析計においては、副反応なしに試料の励起・イオン化ができるピコ秒パルス波長可変レーザーが重要な役割を果たす。ピコ秒パルス波長可変レーザーは、短パルス、単色、低価格といった特長を有している。
色素レーザーは波長可変で単色のレーザー発振が得られる特徴をもつが、発生できる波長域は利用する色素の制限から３２０ｎｍ以上となっている。従って、３２０ｎｍ未満の波長のレーザーパルスを得ようとする場合は、非線形光学結晶を用いて、可視域で発振したレーザー波長を半分にする必要がある。しかしながら、紫外域への波長変換効率は
数１０％に過ぎない。従って、得られる紫外域波長を有するレーザーのエネルギーが小さくなる問題がある。
【０００３】
一方、最近開発されたセリウムライカフ（Ｃｅ３＋：ＬｉＣａＡｌＦ６＝Ｃｅ：ＬｉＣＡＦ）結晶は、紫外域即ち２８０ｎｍから３２０ｎｍ付近に発光バンドをもっており、紫外域で直接的にレーザーを発振できる特徴をもっている。しかし、発振の利得が低く、発振の閾値が高い。
このため、発振器に波長選択素子を入れて単色化することは、一般に、困難である。而して、損失の大きな波長選択素子を共振器に入れるべく、励起エネルギーを大きくすると、レーザー結晶の光損傷を招く。このような理由により、単色性の高いセリウムライカフレーザーは、未だ開発されていない。
【０００４】
レーザー結晶として、セリウムライカフと類似のＣｅ３＋：ＬｉＬｕＦ４＝Ｃｅ：ＬＬＦ）を用い、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第五高調波（波長：２１３ｎｍ、エネルギー：１６ｍＪ）によって励起するようにしたサブナノ秒紫外域波長可変固体レーザーが、「Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ／Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．２７／２０Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  １９９８．ｐ．６４４６〜ｐ．６４４８」に開示されている。このレーザーの場合、共振器中に波長選択用のプリズムを入れて、パルス幅：０．８８ｎｓ、ライン幅：１．２ｎｍ、出力：０．０７７ｍＪ、変換効率：０．５％（０．０７７ｍＪ／１６ｍＪ）が得られる。しかしながら、このレーザーをダイオキシンのような励起寿命の短い分子の分光分析など精密測定に用いるには、ライン幅（スペクトル幅）、パルス幅共に大き過ぎる。また、得られるエネルギーも０．０７７ｍＪと小さい。
【０００５】
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第四高調波によって励起されるセリウムライカフ結晶を発振器とする、波長を選択しないレーザー（波長：２８９ｎｍ、パルス幅：１ｎｓ、エネルギー：１ｍＪ）をセリウムライカフ結晶に２回通すことによって、波長：２８９ｎｍ、パルス幅：１ｎｓ、エネルギー：１４ｍＪのレーザー光を得るレーザーシステムが、「レーザー研究」第３６巻、第６号に開示されている。このレーザーは変換効率が１８％（１４ｍＪ／８０ｍＪ）でありまた、３８０ｍＪの励起光源を用いて１３ｍＪ、パルス幅：３ｎｓの光パルスを９８ｍＪまで増幅した（変換効率：２５％）例も同誌に開示されている。しかしながら、このセリウムライカフ結晶を発振器とするレーザーシステムは、単色性、短パルス特性に問題がある。
【０００６】
チタンサファイヤを用いるフェトム秒レーザーを発生するレーザーシステムが、前記「レーザー研究」第３６巻、第６号、ｐ．２８８、Ｆｉｇ．３に開示されている。しかし、波長が近赤外域にあるので、利用に制限がある。そこで、フェトム秒チタンサファイヤレーザーの第三高調波（２９０ｎｍ）の増幅器としてセリウムライカフ結晶を用いることが検討されている。パルス幅：１１５ｆｓ、エネルギー：０．０３３ｍＪのパルスを一旦ストレッチャーで２．６ｐｓまで拡げ、１００ｍＪのエネルギーで励起された４パス増幅器によって６ｍＪまで増幅するようにしている。
このように、短パルスレーザー光の場合にも比較的良好な増幅効率が得られている。しかしながら、上記チタンサファイヤを用いるフェトム秒レーザーはスペクトル幅が広く、ダイオキシンのような励起寿命の短い分子の分光分析など精密測定には適していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術における問題を解決し、ダイオキシンといった短寿命励起分子を効率よく多光子イオン化して質量分析する場合に必要な、紫外域で短パルスかつ単色で高エネルギーの光パルスを出力することができるレーザーシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、励起用レーザーからの光を回折格子により１次回折光Ａと１次回折光Ｂを発生させ、該２つの回折光を色素セル上で重畳させ超短パルス光を発生せしめる分布帰還型色素レーザーと、該分布帰還型色素レーザーからの出力光を紫外光に変換する非線形光学結晶と、該非線形光学結晶からの紫外光を増幅するセリウムライカフ（Ｃｅ３＋：ＬｉＣａＡｌＦ６）結晶とを有することを特徴とする分布帰還型色素レーザーである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその好ましい実施形態に則して説明する。
【００１０】
【実施例】
本発明においては、励起用レーザーからの光を透過型回折格子を通して１次回折光Ａと１次回折光Ｂを発生させ、２つの１次回折光Ａ、Ｂを発振段色素セル上で重畳させる。ここで、発生する色素レーザーの波長は、２つの１次回折光Ａ、Ｂを重畳させたときの干渉縞間隔で決まる。
即ち、波長はレーザー光の発振段色素セルへの入射角θに依存する。
この分布帰還型の色素レーザーによって、単色なピコ秒波長可変レーザーを発生させる。
【００１１】
分布帰還型色素レーザーによって発生した単色なピコ秒波長可変レーザーを、ＢＢＯ（ベータバリウムボレート）などの紫外波長変換用非線形光学結晶を用いて紫外光に変換し、これをセリウムライカフ（Ｃｅ３＋：ＬｉＣａＡｌＦ６＝Ｃｅ：ＬｉＣＡＦ）結晶を通過させて増幅する。
【００１２】
図１に、セリウムライカフ結晶を用いる紫外光の増幅の模様を示す。
図１に示すように、セリウムライカフ結晶３をＹＡＧレーザーの第四高調波（２６６ｎｍ）を励起レーザー４として用いて励起し、励起されたセリウムライカフ結晶３に、分布帰還型色素レーザーの第二高調波（２８５ｎｍ、１０μＪ）を入射させ、その強度を増幅して２８５ｎｍ、３０μＪの出力光を得た。
【００１３】
図２に増幅率を測定した結果を、図３にセリウムライカフ結晶の発光スペクトルを示す。図２および図３から明らかなように、セリウムライカフ結晶の発光スペクトルが強い波長領域である２８０ｎｍ付近において、レーザー光の増強（増幅率：２．５倍以上）が観測される。
このように、本発明は、セリウムライカフ結晶の発光スペクトルが強い波長領域と、単色なピコ秒波長可変レーザーを発生させる分布帰還型色素レーザーの特性をマッチングさせることによって、ダイオキシンといった短寿命励起分子を効率よく多光子イオン化して質量分析する場合に必要な、紫外域で短パルスかつ単色で高エネルギーの光パルスを出力することができるレーザーシステムを構築できるという発明者の知見に基づいて完成された。
【００１４】
本発明のレーザーシステムは、分布帰還型色素レーザーで発生させた、短パルス、単色特性を維持したまま、レーザー光を増幅できる特長を有する。また、これまでの知見により、紫外光を直接的に増幅する場合には１０％程度の高い発生効率が予測される。たとえば、励起光源に１００ｍＪのレーザーを用いると、１０ｍＪのエネルギーが得られ、現在の分布帰還型色素レーザーの０．３ｍＪに比し、１桁以上の増強が可能となる。
【００１５】
本発明のレーザーは、分布帰還型色素レーザーとセリウムライカフ結晶増幅器のそれぞれの特性を最適に組み合わせたハイブリッド型レーザーシステムであり、紫外域で短パルス、単色、高エネルギーの諸要求を満たした光パルスを発生できる。このような、高い尖頭出力、単色な紫外レーザーは、誘導ラマン現象などの非線形光学効果を用いて容易に波長変換することができ、広い用途が期待される。
【００１６】
ダイオキシン等の短寿命励起分子を効率よく多光子イオン化するためには、励起寿命と同程度即ち数ｐｓから数十ｐｓ程度のパルス幅をもちかつ、極限まで単色にしたレーザーパルスが要求される。かかる要求に応えるべく、分布帰還型色素レーザーが開発されているが、可視域では２ｍＪ程度の十分なエネルギーが得られるものの、非線形光学結晶を用いて紫外域に波長変換すると、エネルギーが０．３ｍＪ程度にまで低下する。従って、短寿命励起分子を多光子イオン化するに際し、十分なイオン信号が得られない。而して、本発明のレーザーシステムによれば１桁大きなエネルギーが得られ、ダイオキシンといった短寿命励起分子を質量分析する場合にも、高い感度での分析が可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明のレーザーシステムによれば、紫外域でピコ秒のパルス、単色、高尖頭出力のレーザー光を得ることができ、ダイオキシンといった短寿命励起分子を効率よく多光子イオン化せしめ得、高感度の分析を可能にする等の効果を奏する。
【００１８】
本発明のレーザーシステムからの出力光は、高尖頭出力、短パルスで単色な紫外光であり、誘導ラマン現象などの非線形光学効果を用いて容易に波長変換することができ、広い用途が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザーシステムの、セリウムライカフ結晶による増幅段の実施例を示す斜視図
【図２】本発明のレーザーシステムの、セリウムライカフ結晶による増幅における分布帰還型色素レーザーの第二高調波の増幅率を示すグラフ
【図３】セリウムライカフ結晶の発光スペクトルを示すグラフ
【符号の説明】
１  分布帰還型色素レーザーの第二高調波
２  増幅後の出力光
３  セリウムライカフ結晶
４  励起用レーザー光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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