(57)【要約】【課題】  フェムト秒レーザーにおいて高繰り返しパルスを発生させることによりシードレーザー、励起レーザーを光ファイバで増幅器に接続する。【解決手段】  １ピコ秒以下のシードレーザーを発生するシードレーザー装置と、前記シードレーザーを増幅する再生増幅器あるいはマルチパス増幅器と、前記増幅器を励起するためのＮｄ又はＹｂ添加のＱスイッチ発振レーザー装置からなるフェムト秒レーザー装置であって、（１）１０Ｊ／ｃｍ２以下にパルスエネルギーを抑え、１ｋＨｚ以上の繰り返し数を有する励起レーザーと、（２）１０ＭＷ／ｃｍ２以下のピークパワーに出力抑制されたシードレーザーとを有し、前記シードレーザー光及び前記励起レーザー光は、前記増幅器に光ファイバで入力されるフェムト秒レーザー装置。【選択図】  図１
2005039066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ピコ秒以下のシードレーザーを発生するシードレーザー装置と、前記シードレーザーを増幅する再生増幅器あるいはマルチパス増幅器と、前記増幅器を励起するためのＮｄ又はＹｂ添加のＱスイッチ発振レーザー装置からなるフェムト秒レーザー装置であって、
（１）１０Ｊ／ｃｍ２以下にパルスエネルギーを抑え、１ｋＨｚ以上の繰り返し数を有する励起レーザーと、
（２）１０ＭＷ／ｃｍ２以下のピークパワーに出力抑制されたシードレーザーと、
を有し、前記シードレーザー光及び前記励起レーザー光は、前記増幅器に光ファイバで入力されるフェムト秒レーザー装置。
【請求項２】
前記シードレーザーは増幅器にモード結合され光電気スイッチによって増幅器の光軸上に導入される、前記請求項１に記載のフェムト秒レーザー装置。
【請求項３】
励起レーザーはマルチモード光ファイバで伝送し増幅器のレーザー結晶を励起させる、前記請求項１又は２の何れかに記載のフェムト秒レーザー装置。
【請求項４】
光ファイバ伝送された励起レーザーは偏光成分を分割し直線偏光に補正した後増幅器内のレーザー結晶に入力する、前記請求項１ないし３の何れかに記載のフェムト秒レーザー装置。
【請求項５】
シードレーザーをフェムト秒レーザとして、該レーザーの光ファイバ伝送時に該光ファイバ長を所定の値に調節しシードレーザー光のチャープ量を任意の値に制御できるレーザーシード方法。
【請求項６】
光ファイバ伝送された励起レーザーを２色ミラー又は増幅器内のモードに干渉しない大きさの貫通口を有するミラーを用いて増幅器内のレーザー結晶に入力するレーザー励起方法。
【請求項７】
前記請求項５又は６のいずれかに記載の方法を用いてレーザー光を発生させるフェムト秒レーザー装置。
【請求項８】
前記請求項１ないし４、７に記載の装置において増幅器以外の各レーザーは交換は光ファイバの脱着のみで行うフェムト秒レーザ管理方法。
【請求項９】
１ピコ秒以下のシードレーザーを発生するシードレーザー装置と、前記シードレーザーを増幅する波長変換レーザーと、前記波長変換レーザーを励起するためのＮｄ又はＹｂ添加のＱスイッチ発振レーザー装置からなるフェムト秒レーザー装置であって、前記シードレーザーは光ファイバを通過できるパルス強度を有し、前記シードレーザー光及び前記励起レーザー光は、光ファイバを経由して前記増幅器に入力されるフェムト秒レーザー装置。
【請求項１０】
１ピコ秒以下のシードレーザーを発生するシードレーザー装置と、前記シードレーザーを増幅する光パラメトリック増幅器と、前記光パラメトリック増幅器を励起するためのＮｄ又はＹｂ添加のＱスイッチ発振レーザー装置からなり、励起レーザーは光ファイバを通過できるパルス強度を有し、
前記励起レーザー光およびシードレーザー光は偏波保存型光ファイバを経由して光パラメトリック増幅器に入力される光パラメトリック増幅装置。
【請求項１１】
１ピコ秒以下のシードレーザーを発生するシードレーザー装置と、前記シードレーザーを増幅する和周波発生器と、前記和周波発生器を励起するためのＮｄ又はＹｂ添加のＱスイッチ発振レーザー装置からなり、励起レーザーは光ファイバを通過できるパルス強度を有し、
前記励起レーザー光およびシードレーザー光は偏波保存型光ファイバを経由して和周波発生器に入力される和周波数発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフェムト秒レーザー装置に関し、シードレーザー、励起レーザー、メインレーザーを光ファイバによって結合させるフェムト秒レーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェムト秒レーザー装置に用いられる固体レーザーはシードレーザー、励起レーザーをメインレーザーのレーザー結晶に照射する。このときこれらレーザーの光軸を厳密に合わせなければならない。したがってシードレーザー又は励起レーザーを交換する際、再度光軸合わせを行わなければならず作業に多大な時間と労力を要していた。またシードレーザー、励起レーザーを同一の筐体に設置するため装置が大型化し機械強度の低下による安定性の低下が問題であった。
【０００３】
このような問題に対処するために従来はジュラルミン等を用いたレーザー装置の強固化、各部品の小型化、レーザー装置の温度、湿度の能動的な制御、各部品の小型化、又は各レーザーを同一の光学テーブルに強固に位置決めすることなどが行われてきた。しかしながらこれらの対処法はいずれも構造が複雑化し、強度に限界を有するなどの問題を含んでいた。
【特許文献１】特開平１０−１８６４２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の問題を解決するために、光ファイバを用いて装置間を空間的に分離することが望まれていた。また、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザーから発生するノイズから再生増幅器を隔離する必要があった。また光ファイバを介する事により、シードレーザー又はＮｄ：ＹＡＧレーザーのレーザー出力方向性の変化を抑制する必要があった。さらにフェムト秒レーザー装置を構成する各レーザー装置の取替えや改良品への交換をファイバ脱着のみで行う必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の問題を解決するために、本発明は１ピコ秒以下のシードレーザーを発生するシードレーザー装置と、前記シードレーザーを増幅する再生増幅器あるいはマルチパス増幅器と、前記増幅器を励起するためのＮｄ又はＹｂ添加のＱスイッチ発振レーザー装置からなるフェムト秒レーザー装置であって、光ファイバを通過させることが可能であるように１０Ｊ／ｃｍ２以下にパルスエネルギーを抑え、１ｋＨｚ以上の繰り返し数を有する励起レーザーと、光ファイバの非線形効果が現れない程度の１０ＭＷ／ｃｍ２以下のピークパワーに出力抑制されたシードレーザーとを有し、前記シードレーザー光及び前記励起レーザー光は、前記増幅器に光ファイバで入力されるフェムト秒レーザー装置を提供する。これによって光ファイバを通過できる程度の出力を有するレーザーを用いてフェムト秒レーザー装置を構成できる。
【０００６】
またこのような装置では、シードレーザーは増幅器にモード結合され光電気スイッチによって増幅器の光軸上に導入され、励起レーザーはマルチモード光ファイバで伝送し増幅器のレーザー結晶を励起させる。さらに前記各レーザーのうち、光ファイバ伝送された励起レーザーは偏光成分を分割し直線偏光に補正した後増幅器内のレーザー結晶に入力する。
【０００７】
本発明は光ファイバで各レーザーを結合できることに特徴があり、したがってシードレーザーをフェムト秒レーザとして、該レーザーの光ファイバ伝送時に該光ファイバ長を所定の値に調節しシードレーザー光のチャープ量を任意の値に制御できるようなレーザーシード方法を提供する。さらに光ファイバ伝送された励起レーザーを２色ミラー又は増幅器内のモードに干渉しない大きさの貫通口を有するミラーを用いて増幅器内のレーザー結晶に入力するレーザー励起方法を提供する。
【０００８】
また、各レーザーを光ファイバで結合させた結果、増幅器以外の各レーザーの交換は光ファイバの脱着のみで行うフェムト秒レーザ管理方法も提供できる。
【０００９】
波長変換レーザーにおいても、光ファイバを通過できるパルス強度及び高繰り返し数を有する励起レーザーとシードレーザーを有し、該励起レーザー又はシードレーザーは波長変換レーザーに入力されるフェムト秒レーザー装置を提供する。
【００１０】
光ファイバを通過できるパルス強度を有する励起レーザーと、シードレーザーとを有し、該励起レーザー、シードレーザー及び光パラメトリック増幅器は偏波保存型光ファイバで結合される光パラメトリック増幅装置を提供する。
【００１１】
光ファイバを通過できるパルス強度を有する励起レーザーを有し、該励起レーザー及び和周波発生装置は互に偏波保存型光ファイバで結合される和周波発生装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施例を以下に図を用いて説明する。図１は本発明のレーザー装置の概略的なブロック図である。図中（１）は励起レーザー、（２）はシードレーザー、（３）は増幅器である。励起レーザー（１）とシードレーザー（２）はそれぞれ光ファイバ（４）で増幅器（３）と接続している。該光ファイバ（４）は例えばマルチモード光ファイバである。このとき励起レーザー（１）、シードレーザー（２）の出力は光ファイバを通過できるだけのエネルギーに制限される。このエネルギーは例えば励起レーザーでは１０Ｊ／ｃｍ２であり、シードレーザーではピークパワーが１０ＭＷ／ｃｍ２である。このような出力のレーザーを光ファイバに入力する。該光ファイバは増幅器に接続されており、内部のレーザー結晶に入力される。次に増幅器内部での結合について説明する。
【００１３】
図２は増幅器内部の様子を示した図である。図に示したようにシードレーザー（２）及び励起レーザー（１）は光ファイバ（４）で増幅器内部に導入される。シードレーザー（２）はモード結合されており偏光子（５）によって増幅器の光軸方向に導入される。このとき図示しないがポッケルスセルを増幅器内に２つ設置することによってシードレーザー（２）を光軸上に導入することができる。また該ポッケルスセルによって励起レーザーの偏光成分を分割し、直線偏光に補正した後レーザー結晶に入射する。また光ファイバ（４）によって導入された励起レーザー（１）貫通口を有するミラー（６）によって光軸方向に導入される。
【００１４】
励起レーザー（１）を増幅器内に導入する構造を次に説明する。図３には励起レーザーが光ファイバ及び貫通口を有するミラーによって増幅器の光軸上に導入される様子を示した。図示したように光ファイバ（４）によって増幅器の光軸（７）に垂直な方向から励起レーザーが導入される。光ファイバ（４）から出力された光は同図（８）で示したように開口数が２．０以上の広がり角度を有しているためレンズ（９）によって集光する。次に増幅器の光軸（７）方向に貫通口（１０）を有するミラー（６）（以下穴あきミラーと称する）を、該穴あきミラー（６）の反射面が所定の角度を有するように設置する。このとき該貫通口（１０）と該光軸（７）が一致しさらに貫通口の大きさは増幅器内のモードに干渉しない大きさである。この穴あきミラー（６）の反射面に上述の集光した励起レーザーを照射する。このときレンズ（９）は焦点がレーザー結晶（１１）に当たるように構成し設置する。このようにしてシードレーザー及び励起レーザーを光ファイバによって増幅器内に導入する。また穴あきミラーの代わりに２色ミラーを用いることもできる。
【００１５】
しかしこれだけでは上述のようにシードレーザー及び励起レーザーは光ファイバを通過できるだけのエネルギーに制限されているため、例えばレーザー加工等に使用できるだけの出力は得られない。よってパルスの繰り返し数を増加させることによって必要な出力を発生させる。特に加工用の場合パルスの繰り返しは１ｋＨｚ以上であるため、レーザー結晶の熱レンズ効果が問題となる。この問題を解決するために図４に示したようにレーザー結晶の冷却を行う。これは本出願人が出願した特願２００２−２０６３１６号に開示されている方法を用いることが効果的である。
【００１６】
上記特願２００２−２０６３１６号公報によると、図４に示したようにレーザー結晶（１１）が冷却ホルダ（１３）上に搭載されており、内部を真空に保持する真空槽（１２）内に収容されている。真空槽（１２）にはレーザー光の光軸方向に窓（１４）（１５）が設けられ、レーザー光が通過できる構造となっている。また、冷却ホルダ（１３）の基部には断熱膨張により冷却された例えばヘリウム等のガスが循環して熱交換を行う構造となっている。このような冷凍機を用いてレーザー結晶を冷却することができ、これによって熱レンズ効果を抑制して高繰り返しパルスを発生させることができる。
【００１７】
以上のようにして光ファイバ接続によりフェムト秒レーザー装置を構成することができる。上述の説明から明白なように光ファイバによる接続は、最終的なレーザー出力の前の段階であれば様々な接続が可能である。その様ないくつかの例を以下に示すと、図５は励起レーザー（１）とシードレーザー（２）が波長変換レーザー（１６）に光ファイバ（４）で接続されている様子を示している。図示したように励起レーザー（１）、シードレーザー（２）、波長変換レーザー（１６）が直列に接続されている。
【００１８】
図６では励起レーザーを使用せず、２つのシードレーザー（２）を１つの波長変換レーザー（１６）に光ファイバ（４）で接続している。また図７でも同様に、１つのシードレーザー（２）と複数の増幅器を直列に接続している。同様に図８では１つのシードレーザー（２）を複数の波長変換レーザー（１６）に直列に接続している。このように各レーザーの光接続を光ファイバにすることによってレーザー装置の保守、管理が極めて容易となる。例えば励起レーザーを交換する際、作業工程が光ファイバの脱着のみであり、従来のように高い精度でアライメント調整等を行う必要がない利点を有している。
【００１９】
このような構成のレーザーは光パラメトリック増幅器あるいは和周波発生装置に応用することもできる。この場合光パラメトリック増幅器あるいは和周波発生装置に光ファイバを接続する際、偏波保存型光ファイバで結合することができる。さらに光ファイバー接続を行うことから、ファイバ長を所定の長さに調節することによって所望のチャープ量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の概略的なブロック図である。
【図２】図２は光ファイバの出力を増幅器に導入する様子を示した図である。
【図３】図３は励起レーザーを穴あきミラーを用いて増幅器の光軸上に導入する様子を示した図である。
【図４】図４は高繰り返しパルスを発生させるための冷凍機を示した図である。
【図５】図５はシードレーザー、励起レーザー、増幅器を直列に接続した実施例である。
【図６】図６は２つのシードレーザーを増幅器に接続した実施例である。
【図７】図７は１つのシードレーザーと複数の増幅器を直列に接続した実施例である。
【図８】図８は１つのシードレーザーと複数の波長変換レーザーを直列に接続した実施例である。
【符号の説明】
【００２１】
１  励起レーザー
２  シードレーザー
３  増幅器
４  光ファイバ
５  偏光子
６  穴あきミラー
７  出力レーザーの光軸
８  ファイバ出力レーザー
９  レンズ
１０  貫通口
１１  レーザー結晶
１２  真空槽
１３  冷却ホルダ
１４  窓
１５  窓
１６  波長変換レーザー
【図１】
2005039066.tif 000003
【図２】
2005039066.tif 000004
【図３】
2005039066.tif 000005
【図４】
2005039066.tif 000006
【図５】
2005039066.tif 000007
【図６】
2005039066.tif 000008
【図７】
2005039066.tif 000009
【図８】
2005039066.tif 000010