(57)【要約】【課題】  高出力のパルスレーザ光を生成することが可能なレーザ装置を提供する。【解決手段】  レーザ装置１ではチャネル増幅器１４において、レーザ装置１Ａではスラブ型固体レーザ装置４４において、連続光であるレーザ光Ｌ１のそれぞれを増幅する。このため、パルスレーザ光を増幅する場合に比べて、増幅率を高く設定できる。そのように増幅されたレーザ光Ｌ２のそれぞれを回折格子１６の集光位置Ｐ１で合波して合波光Ｌ３を生成する際に、集光位置Ｐ１において合波光Ｌ３の出力のピークが（同じパルス時間波形が）所定の時間間隔で繰り返し現れるように、レーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。これにより、回折格子１６の集光位置Ｐ１において、増幅された複数のレーザ光Ｌ２によりパルスレーザ光が生成される。よって、このレーザ装置１によれば、高出力のパルスレーザ光を生成することが可能となる。【選択図】図６
2012078813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに周波数が異なる複数の連続レーザ光から構成されるレーザパルス列を発振する発振手段と、
前記発振手段から発振された前記レーザパルス列を互いに周波数が異なる複数の前記連続レーザ光に分波する分波手段と、
前記分波手段で分波された前記連続レーザ光のそれぞれを増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された前記連続レーザ光のそれぞれを所定の位置において合波して合波光を生成する合波手段と、
前記所定の位置において前記合波光の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように前記連続レーザ光のそれぞれの位相を制御する位相制御手段と、を備えることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記発振手段は、略一定の周波数差で周波数が互いに異なる前記連続レーザ光から構成される前記レーザパルス列を発振することを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記発振手段から発振された前記レーザパルス列を構成する前記連続レーザ光間の周波数差を調節する周波数差調節手段をさらに備えることを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記発振手段は、モード同期発振器又は高速電流変調の半導体レーザであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記増幅手段は、前記分波手段で分波された前記連続レーザ光のそれぞれを伝播しつつ増幅する複数の光ファイバを含むファイバアレイ、又はスラブ型固体レーザ増幅器であり、
前記位相制御手段は、前記合波光のスペクトル位相を計測すると共に、該計測の結果に基づいて前記連続レーザ光のそれぞれの位相を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザ光を生成するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野のレーザ装置として、例えば特許文献１に記載されたモード同期レーザ装置が知られている。特許文献１に記載のモード同期レーザ装置は、共振器縦モード間隔の整数倍の周波数で変調されたレーザ光を、互いに異なる中心周波数すなわち中心波長のスペクトル領域に利得を有する複数の増幅器（光ファイバ増幅器など）で増幅することによって、複数の波長領域におけるパルスレーザ光を一度に生成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−９００５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、パルスレーザ光は、単位時間当たりのエネルギー、すなわち平均パワーが同等である連続光に比べてピーク光強度が大きい。このため、パルスレーザ光を増幅する場合には、増幅器の損傷を防止する目的から、増幅率を制限する必要がある。このため、パルスレーザ光を増幅するレーザ装置にあっては、高出力のパルスレーザ光を生成することが困難である。
【０００５】
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、高出力のパルスレーザ光を生成することが可能なレーザ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ装置は、互いに周波数が異なる複数の連続レーザ光から構成されるレーザパルス列を発振する発振手段と、発振手段から発振されたレーザパルス列を互いに周波数が異なる複数の連続レーザ光に分波する分波手段と、分波手段で分波された連続レーザ光のそれぞれを増幅する増幅手段と、増幅手段で増幅された連続レーザ光のそれぞれを所定の位置において合波して合波光を生成する合波手段と、所定の位置において合波光の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように連続レーザ光のそれぞれの位相を制御する位相制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このレーザ装置では、増幅手段において複数の連続レーザ光のそれぞれを増幅する。このため、パルスレーザ光を増幅する場合に比べて、増幅率を高く設定できる。また、そのようにして増幅された連続レーザ光のそれぞれを所定の位置で合波して合波光を生成する際に、その所定の位置において合波光の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように、連続レーザ光のそれぞれの位相を制御する。これにより、所定の位置において、増幅された複数の連続レーザ光によりパルスレーザ光が生成される。よって、このレーザ装置によれば、高出力のパルスレーザ光を生成することが可能となる。
【０００８】
ここで、発振手段は、略一定の周波数差で周波数が互いに異なる連続レーザ光から構成されるレーザパルス列を発振することが好ましい。この場合、互いに異なる周波数の連続レーザ光のそれぞれの位相を制御することによって、合波光の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるようにすることが容易となる。したがって、高出力のパルスレーザ光を容易に生成することができる。
【０００９】
また、発振手段から発振されたレーザパルス列を構成する連続レーザ光間の周波数差を調節する周波数差調節手段をさらに備えることが好ましい。この場合、連続レーザ光間の周波数差を調節することにより、生成されるパルスレーザ光のパルス繰返し率を調節することができる。
【００１０】
また、発振手段は、モード同期発振器又は高速電流変調の半導体レーザであることが好ましい。この場合、レーザ装置の小型軽量化及び低消費電力化を図ることができる。また、レーザ装置の機械的な安定性を向上することができる。さらには、レーザ装置の製造コストを低減することができる。
【００１１】
さらに、増幅手段は、分波手段で分波された連続レーザ光のそれぞれを伝播しつつ増幅する複数の光ファイバを含むファイバアレイ、又はスラブ型固体レーザ増幅器であり、位相制御手段は、合波光のスペクトル位相を計測すると共に、該計測の結果に基づいて連続レーザ光のそれぞれの位相を制御することが好ましい。この場合、例えば、分波手段の前段にスペクトル位相変調器を設けることにより、互いに異なる周波数の連続レーザ光のそれぞれの位相を容易に制御することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高出力のパルスレーザ光を生成することが可能なレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】光周波数コムを説明するためのグラフである。
【図２】本発明の第１実施形態に係るレーザ装置の構成図である。
【図３】図２に示されたレーザ装置の部分拡大図である。
【図４】図２に示されたチャネル増幅器の構成を示す部分断面図である。
【図５】周波数変調器の動作を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るレーザ装置の構成図である。
【図７】図６に示されたスラブ型固体レーザ増幅器の構成を示す斜視図である。
【図８】図６に示されたレーザ装置の変形例の構成図である。
【図９】パルス出力波形の調整の様子を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
【００１５】
本実施形態に係るレーザ装置は、光周波数コムを実現するモード同期レーザをレーザ光源として用いる。そこで、光周波数コム及びモード同期発振について説明する。
【００１６】
例えばファブリペロー共振器内においては、複数の縦モードのレーザ光が存在する。各縦モードのレーザ光の周波数は、共振器長をＬとしたとき、図１に示されるように、△ν＝ｃ／２Ｌの間隔で周波数軸上に配列されている（ｃは光速）。このように各レーザ光の周波数が等間隔で配列された状態を光周波数コムという。このような共振器を備えるレーザ光源において、各レーザ光に対して位相変調を行なわなければ、レーザ光同士の位相の関係がランダムであるため、それらの合波光であるレーザ光源の出力光の出力時間波形もランダムとなる。一方で、そのようなレーザ光源において、過飽和吸収素子や電気−光変調器や音響光学変調器等を用いて、各レーザ光同士の位相がそろうように各レーザ光の位相変調を行うことにより、出力光の出力時間波形が、繰り返し周期Ｔ（Ｔ＝１／△ν）のパルス状となり、モード同期発振が得られる。このような発振手段は、高周波数の電流変調の半導体レーザのように、短パルスが所定の時間間隔で繰り返し現れるような光源であってもよい。
【００１７】
図２に示されるように、本実施形態に係るレーザ装置１は、上述したような光周波数コムを実現するモード同期レーザ、或いは高繰り返し電流変調の半導体レーザなどのレーザ光源（発振手段）１０を備えている。レーザ光源１０の出力光である種光Ｌ０は、パルス光（レーザパルス列）であって、一定の周波数差で互いに周波数が異なり互いに位相が同一の複数の連続レーザ光から構成されている。つまり、レーザ光源１０は、連続光であって一定の周波数差で互いに周波数が異なる複数のレーザ光を合波して、パルスレーザ光である種光Ｌ０として発振する。なお、ここでの連続光（連続レーザ光）とは、その出力が時間に対して略一定であるようなレーザ光であり、パルスレーザ光とは、その出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるようなレーザ光である。
【００１８】
レーザ装置１は、レーザ光源１０から発振された種光Ｌ０の光路上に順に配置された光アイソレータ１１及び回折格子（分波手段）１２をさらに備えている。光アイソレータ１１は、レーザ光源１０への戻り光を防止する。回折格子１２は、種光Ｌ０を周波数ごとに複数（ここでは３つ）のレーザ光Ｌ１に分波する（つまり、レーザ光源１０から発振されたレーザパルス列を互いに周波数が異なる複数の連続レーザ光Ｌ１に分波する）。換言すれば、回折格子１２は、種光Ｌ０における光周波数コムを角度分散させる。さらに換言すれば、回折格子１２は、種光Ｌ０に含まれる複数のレーザ光を周波数ごとに空間的に配列する。このとき、レーザ光Ｌ１のそれぞれは、周波数の順に空間的に配列される。
【００１９】
レーザ装置１は、回折格子１２で分波されたレーザ光Ｌ１の光路上に配置されたレンズ１３をさらに備えている。レンズ１３は、焦点距離がｆ１であり、回折格子１２における種光Ｌ０の入射位置Ｐ０から距離ｆ１だけ離れた位置に配置されている。したがって、回折格子１２で分波されたレーザ光Ｌ１のそれぞれは、レンズ１３を通過することにより、所定の間隔△ｘでもって互いに平行に進行し、レンズ１３から距離ｆ１の位置でそれぞれ集光される。
【００２０】
隣り合うレーザ光Ｌ１同士の間隔△ｘは、例えば次のように求めることができる。すなわち、図３に示されるように、波長λの所定のレーザ光Ｌ１の回折格子１２における回折角をβ、ｍを回折次数（通常１次の回折（ｍ＝１）を用いる）、Ｎを回折格子１２の１ｍｍ当たりの溝本数、ｄを回折格子１２の溝間隔（１／Ｎ）、とすると、回折格子１２の角分散ｄβ／ｄλは、
【数１】
2012078813.tif 000003
と表される。また、逆線分散ｄλ／ｄｘは、
【数２】
2012078813.tif 000004
と表される。したがって、隣り合うレーザ光Ｌ１同士の波長間隔を△λとすると、隣り合うレーザ光Ｌ１同士の間隔△ｘを、
【数３】
2012078813.tif 000005
と求めることができる。具体的には、レンズ１３の焦点距離ｆ１を１ｍ、溝本数Ｎを１２００ｇ／ｍｍ、回折格子１２に対する種光Ｌ０の入射角αを２０ｄｅｇとしたとき、中心波長を１０６０ｎｍとすると回折角は６８．４３ｄｅｇとなる。このとき、波長間隔△λが０．３７５ｐｍ、３７．５ｐｍ及び０．３７５ｎｍのそれぞれの場合の間隔△ｘは、１．２２μｍ、１２２μｍ及び１．２２ｍｍとなる。
【００２１】
レーザ装置１は、図２に示されるように、レンズ１３を通過したレーザ光Ｌ１の光路上に配置されたチャネル増幅器（増幅手段）１４をさらに備えている。チャネル増幅器１４は、レンズ１３を通過したレーザ光Ｌ１のそれぞれを入射して、入射したレーザ光Ｌ１のそれぞれを増幅してレーザ光Ｌ２として出射する。チャネル増幅器１４は、図４に示されるように、活性媒質（例えばＮｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｂｉ、Ｐｒ等）が添加された複数の光ファイバ１４ａがアレイ状に複数配列されて構成されるファイバアレイである。したがって、チャネル増幅器１４は、レーザ光Ｌ１のそれぞれを伝播しつつ増幅する。このようなチャネル増幅器１４においては、活性媒質の種類とレーザ光源１０における発振波長との組み合わせを適宜選択することにより、所望の中心波長をもったレーザ増幅が可能となる。
【００２２】
チャネル増幅器１４は、その光入射端面１４ｂがレンズ１３から距離ｆ１だけ離れた位置となるように配置されている。したがって、回折格子１２で分波されたレーザ光Ｌ１のそれぞれは、レンズ１３を通過することにより、チャネル増幅器１４の光入射端面１４ｂにおいて集光される。隣り合うレーザ光Ｌ１同士の間隔△ｘが上記のように求められるので、チャネル増幅器１４を構成する光ファイバ１４ａの隣り合うコア同士の間隔をその△ｘとすることにより、１つの光ファイバ１４ａに１つの周波数のレーザ光Ｌ１を伝播させることができる。
【００２３】
レーザ装置１は、図２に示されるように、チャネル増幅器１４から出射されたレーザ光Ｌ２の光路上に順に配置されたレンズ（合波手段）１５及び回折格子（合波手段）１６をさらに備えている。レンズ１５は、焦点距離がｆ２であり、チャネル増幅器１４の光出射端面１４ｃから距離ｆ２だけ離れた位置に配置されている。また、回折格子１６は、レンズ１５から距離ｆ２だけ離れた位置に配置されている。したがって、チャネル増幅器１４から出射されたレーザ光Ｌ２のそれぞれは、レンズ１５を通過することにより、回折格子１６の集光位置Ｐ１に集光される。その結果、チャネル増幅器１４から出射されたレーザ光Ｌ２が回折格子１６の集光位置Ｐ１において合波されて、レーザ装置１の出力光としての合波光Ｌ３が生成される。このとき、レンズ１５の焦点距離ｆ２及び回折格子１６の溝密度を、レンズ１３の焦点距離ｆ１及び回折格子１２の溝密度と異なる値とすることによって、平行ビームである合波光Ｌ３のビーム太さを所望の値にすることができる。
【００２４】
ここで、レーザ装置１は、位相制御装置（位相制御手段）２０をさらに備えている。位相制御装置２０は、回折格子１６の集光位置Ｐ１において、合波光Ｌ３の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように（同じパルス時間波形が所定の時間間隔で繰り返し現れるように）レーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。この位相の制御について具体的に説明する。
【００２５】
位相制御装置２０は、スペクトル位相測定器（ＦＲＯＧ等、J. Paye et al., Opt. Lett. 18, 1946-1948 (1993)）２１と、スペクトル位相変調器（例えば回折格子と液晶空間変調器から構成される４ｆ光学系、或いは音響光学プログラマブル分散フィルター、P. Tournois et al., Opt. Commun. 140, 245-249 (1997)）２２とを有している。また、レーザ装置１には、合波光Ｌ３の一部を分岐するためのハーフミラー２３と、ハーフミラー２３で分岐された合波光Ｌ３をスペクトル位相測定器２１に導くためのミラー２４とが設けられている。
【００２６】
このような位相制御装置２０においては、以下のようにレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。すなわち、位相制御装置２０においては、合波光Ｌ３の一部が、ハーフミラー２３及びミラー２４によってスペクトル位相測定器２１に入力される。スペクトル位相測定器２１は、入力された合波光Ｌ３のスペクトル位相（位置Ｐ０から位置Ｐ１の間で変化した位相）を計測する。より具体的には、スペクトル位相測定器２１は、入力された合波光Ｌ３に含まれるレーザ光Ｌ２のそれぞれの位相を計測する。そして、スペクトル位相測定器２１は、その計測結果を示す情報をスペクトル位相変調器２２に送信（フィードバック）する。スペクトル位相変調器２２は、スペクトル位相測定器２１からの計測結果を示す情報に基づいて、合波光Ｌ３の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように（同じパルス時間波形が所定の時間間隔で繰り返し現れるように）種光Ｌ０に含まれるレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。つまり、位相制御装置２０は、合波光Ｌ３のスペクトル位相を計測すると共に、その計測結果に基づいてレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する（ひいてはレーザ光Ｌ２のそれぞれの位相を制御する）。
【００２７】
このように位相制御装置２０が種光Ｌ０を構成する周波数の異なる複数のレーザ光の位相を制御（位置Ｐ０から位置Ｐ１の間で付加された位相変化を周波数ごとに補正）することによって、回折格子１６で生成される合波光Ｌ３が、モード同期発振された光周波数コムのレーザ光と等価でピーク強度が増大されたパルスレーザ光となる。
【００２８】
以上のようにして構成されたレーザ装置１においては、まず、レーザ光源１０から種光Ｌ０が発振される。レーザ光源１０から発振された種光Ｌ０は、スペクトル位相変調器２２及び光アイソレータ１１を通過して回折格子１２に到達する。回折格子１２に到達した種光Ｌ０は、回折格子１２によって周波数ごとに複数のレーザ光Ｌ１に分波される。回折格子１２で分波されたレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相は、スペクトル位相変調器２２によって、後に生成される合波光Ｌ３がパルスレーザ光となるように制御されている。回折格子１２で分波されたレーザ光Ｌ１のそれぞれは、レンズ１３を通過することにより互いに平行に進行し、チャネル増幅器１４に入射する。チャネル増幅器１４に入射したレーザ光Ｌ１のそれぞれは、チャネル増幅器１４において増幅されてレーザ光Ｌ２として出射される。
【００２９】
チャネル増幅器１４から出射されたレーザ光Ｌ２のそれぞれは、レンズ１５を通過することで回折格子１６上に集光される。そして、回折格子１６上に集光されたレーザ光Ｌ２のそれぞれは、回折格子１６により互いに合波されて、パルスレーザ光である合波光Ｌ３としてレーザ装置１から出力される。このとき出力される合波光Ｌ３の一部は、スペクトル位相測定器２１に入力され、スペクトル位相の計測に供される。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ装置１では、チャネル増幅器１４において連続光である複数のレーザ光Ｌ１のそれぞれを増幅する。このため、パルスレーザ光を増幅する場合に比べて、増幅率を高く設定できる。また、増幅されたレーザ光Ｌ２のそれぞれを回折格子１６で合波して合波光Ｌ３を生成する際に、集光位置Ｐ１において合波光Ｌ３の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように、レーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。これにより、集光位置Ｐ１において、増幅された複数のレーザ光Ｌ２によりパルスレーザ光が生成される。よって、このレーザ装置によれば、高出力のパルスレーザ光を生成することができる。
【００３１】
また、レーザ装置１では、レーザパルス列である種光Ｌ０を回折格子１２により連続光であるレーザ光Ｌ１に分波し、それぞれのレーザ光Ｌ１をチャネル増幅器１４で連続光増幅した後に、回折格子１６により再度レーザパルス列に変換する。このように、レーザ装置１は、チャネル増幅器１４において連続光増幅を行うので、パルスレーザ光を増幅する際の非線形光学効果（例えば、自己位相変調やビームブレークアップ等）や狭帯域化（パルス幅の増大）が生じない。したがって、レーザ装置１によれば、パルスレーザ光を増幅するレーザ装置に比べて、高ビーム品質であると共に高繰返し且つ短パルスであるパルスレーザ光を生成することができる。
【００３２】
また、レーザ装置１では、種光Ｌ０に含まれるレーザ光間の周波数差が一定であるので、合波光Ｌ３の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるようにレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御することが容易である。
【００３３】
なお、レーザ装置１は、図２，５に示されるように、種光Ｌ０の光路上の光アイソレータ１１の前段において、周波数変調器（周波数差調節手段）１８をさらに備えることができる。周波数変調器１８は、種光Ｌ０に含まれるレーザ光間の周波数差を調整する。これにより、種光Ｌ０に含まれるレーザ光間の周波数間隔（光周波数コムの間隔）を、例えば１００ＭＨｚから１０ＧＨｚというように整数倍にすることもできるし、１００ＭＨｚから１００ｋＨｚというように整数分の１にすることもできる。これにより、回折格子１２で分波されて空間的に配列されたレーザ光Ｌ１同士の間隔△ｘを任意に調整できる。また、アプリケーションの要望により、合波光Ｌ３のパルス繰返し率を可変にすることができる。なお、周波数変調器１８は、ミラーペアにより構成されてもよいし、ＬＮ（リチウムニオブ酸）変調器であってもよい。さらに、合波光Ｌ３の繰り返しを高くするには、スペクトル位相変調器２２として振幅、位相両方を変調できるものを用いてもよい。
［第２実施形態］
【００３４】
本実施形態に係るレーザ装置は、第１実施形態に係るレーザ装置１と以下の点で異なっている。すなわち、図６に示されるように、本実施形態に係るレーザ装置１Ａは、チャネル型増幅器１４に替えて、スラブ型固体レーザ増幅器４４を備えている。レーザ装置１Ａにおいては、レンズ１３の焦点位置とレンズ１５の焦点位置とを一致させて、その一致点にスラブ型固体レーザ増幅器４４を配置している。
【００３５】
スラブ型固体レーザ増幅器４４は、図７に示されるように、活性媒質（例えばＮｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｂｉ、Ｐｒ等）が添加された増幅媒質（例えばセラミック材料等）からなる層４４ａを、無添加のセラミック材料或いは増幅媒質よりも低屈折率、高熱伝導率の材料（例えばサファイア等）からなる一対の層４４ｂで挟んだ構造を有している。このようなスラブ型固体レーザ増幅器４４には、互いに異なる周波数のレーザ光Ｌ１のそれぞれが図４で説明した△ｘの間隔をもって入射する。そして、スラブ型固体レーザ増幅器４４は、入射したレーザ光Ｌ１のそれぞれを連続光として増幅し、増幅したレーザ光Ｌ２のそれぞれを出射する。つまり、スラブ型固体レーザ増幅器４４は、回折格子１２で分波されたレーザ光Ｌ１のそれぞれを伝播しつつ増幅する。なお、スラブ型固体レーザ増幅器４４は、増幅媒質からなる層４４ａ単体で構成してもよい。
【００３６】
このようなスラブ型固体レーザ増幅器４４を備えるレーザ装置１Ａにおいても、第１実施形態に係るレーザ装置１と同様に、スラブ型固体レーザ増幅器４４で増幅されて出射されたレーザ光Ｌ２のそれぞれは、レンズ１５を通過した後に回折格子１６に集光されて合波される。したがって、このレーザ装置１Ａにおいても、レーザ装置１と同様に、高出力のパルスレーザ光を生成することができる。また、本実施形態に係るレーザ装置１Ａは、レーザ光Ｌ１の増幅手段としてスラブ型固体レーザ増幅器４４を用いているので、１ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚといった比較的低い繰返し周波数の種光Ｌ０を用いる場合にも好適に利用できる。
【００３７】
なお、レーザ装置１Ａは、レーザ光Ｌ２のそれぞれを回折格子１６により合波して合波光Ｌ３を生成する構成としたが、合波光Ｌ３を伝送する必要がない場合には、例えば図８に示されるように、回折格子１６を用いずに、レーザ光Ｌ２のそれぞれを加工対象物Ｏ上に直接集光して、その位置において合波光Ｌ３を生成する構成としてもよい。この場合、レーザ光Ｌ２の光路上におけるレンズ１５の光入射面側に、凸レンズまたは凹レンズのマルチレンズアレイ１７を配置して、このマルチレンズアレイ１７の焦点距離を調整することにより、加工対象物Ｏ上での集光スポットのサイズを調整することができる。
【００３８】
また、この場合には、レンズ１５の後段にハーフミラー２３を配置し、レーザ光Ｌ２のそれぞれの一部を分岐させ、スペクトル位相測定器２１に入射させることができる。したがって、この場合の位相制御装置２０においては、レーザ光Ｌ２のそれぞれの位相を計測すると共に、その計測結果に基づいてレーザ光Ｌ１のそれぞれの位相を制御する。
【００３９】
さらに、レーザ光Ｌ１の増幅器として、チャネル型増幅器１４を用いるかスラブ型固体レーザ増幅器４４を用いるか、或いは、どのような活性媒質を用いるか等は、所望するレーザ中心波長や出力パワー等によって最適なものを選択することができる。
【００４０】
以上説明した第１及び第２実施形態に係るレーザ装置１，１Ａにおいては、互いに周波数の異なるレーザ光Ｌ１の増幅光であるレーザ光Ｌ２のそれぞれの位相を、互いに同一に制御することもできるし、互いに異なった値に制御することもできる。パルス時間波形とスペクトル位相分布とは複素フーリエ変換の関係にあるので、互いに周波数の異なるレーザ光Ｌ１の増幅光であるレーザ光Ｌ２のそれぞれの位相を、位相制御装置２０を用いて（すなわちスペクトル位相変調器２２を用いて）調整することによって、図９に示されるように、合波光Ｌ３において任意のパルス出力波形を得ることができる。つまり、レーザ装置１，１Ａにおいては、互いに異なる周波数のレーザ光Ｌ１（レーザ光Ｌ２）の位相を制御することによって、生成されるレーザパルスの時間波形を様々に制御することができる。
【００４１】
また、第１及び第２実施形態に係るレーザ装置１，１Ａにおいて、合波光Ｌ３のピーク強度が回折格子１６の損傷閾値を超えるような場合には、レンズ１５の焦点距離ｆ２をレンズ１３の焦点距離ｆ１に比べて数倍長くすることにより、回折格子１６上での合波光Ｌ３のピーク強度を下げることもできる。
【００４２】
さらに、第１及び第２実施形態に係るレーザ装置１，１Ａにおいては、レーザ光源１０としてモード同期発振器又は高速電流変調の半導体レーザを用いることが好ましい。この場合、レーザ装置の小型軽量化及び低消費電力化を図ることができる。また、レーザ装置の機械的な安定性を向上することができる。さらには、レーザ装置の製造コストを低減することができる。
【００４３】
本実施形態に係るレーザ装置は、連続光であって互いに周波数が異なる複数のレーザ光を合波して発振する発振手段と、前記発振手段から発振された前記レーザ光を周波数ごとに分波する分波手段と、前記分波手段で分波された前記レーザ光のそれぞれを増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された前記レーザ光のそれぞれを所定の位置において合波して合波光を生成する合波手段と、前記所定の位置において前記合波光の出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れるように前記レーザ光のそれぞれの位相を制御する位相制御手段と、を備えるものとすることができる。その場合、前記発振手段は、略一定の周波数差で周波数が互いに異なる前記レーザ光を合波して発振するものとすることができる。また、前記発振手段から発振された前記レーザ光間の周波数差を調節する周波数差調節手段をさらに備えることができる。また、前記発振手段は、半導体レーザであることができる。また、前記増幅手段は、前記分波手段で分波された前記レーザ光のそれぞれを伝播しつつ増幅する複数の光ファイバを含むファイバアレイであり、前記位相制御手段は、前記光ファイバのそれぞれの温度を制御することにより、前記レーザ光のそれぞれの位相を制御することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１，１Ａ…レーザ装置、１０…レーザ光源（発振手段）、１２…回折格子（分波手段）、１４…チャネル増幅器（増幅手段）、１４ａ…光ファイバ、１５…レンズ（合波手段）、１６…回折格子（合波手段）、１８…周波数変調器（周波数差調整手段）、２０…位相制御装置（位相制御手段）、４４…スラブ型固体レーザ増幅器（増幅手段）、Ｌ０…種光（レーザパルス列）、Ｌ１，Ｌ２…レーザ光（連続レーザ光）、Ｌ３…合波光。
【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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【図８】
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【図９】
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