(57)【要約】それぞれが１つの平らなミラー面（７）を有する少なくとも２つのミラー要素（６）を含む、レーザパルスコンプレッサ用の折り畳み光学系（１）であって、前記複数のミラー要素が、その両方のミラー面（７）がプリセット可能な角度に互いに配置されているように、１つの保持装置（２）により摩擦結合を用いて空間的に固定されている折り畳み光学系において、本発明によれば、前記両方のミラー要素（６）のそれぞれが１つの角度ゲージ（８）の１つの側面に沿ってアラインメントされており、この角度ゲージの両方の側面はプリセット可能な角度に互いに配置されており、前記角度ゲージ（８）は前記複数のミラー要素（６）の前記保持装置（２）との摩擦結合固定のための支持台として機能する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが１つの平面ミラー面（７）を有する少なくとも２つのミラー要素（６）を含む、レーザパルスコンプレッサ用の折り畳み光学系（１）であって、前記複数のミラー要素が、その両方のミラー面（７）がプリセット可能な角度に互いに配置されるように、１つの保持装置（２）により摩擦結合を用いて空間的に固定されている折り畳み光学系において、
前記両方のミラー要素（６）のそれぞれが１つの角度ゲージ（８）の１つの側面に沿ってアラインメントされており、この角度ゲージの両方の側面はプリセット可能な角度に互いに配置されており、前記角度ゲージ（８）は前記複数のミラー要素（６）の前記保持装置（２）との摩擦結合による固定のための支持台として機能し、
摩擦結合のためにそれぞれのミラー要素（６）に加えられる力が、締付け要素（９）とそれぞれのミラー要素（６）との間に配置され板状に形成されたばね要素（１１）を介して間接的に伝達可能である、ことを特徴とする折り畳み光学系（１）。
【請求項２】
前記ばね要素（１１）が湾曲して形成されており、このばね要素（１１）は前記ミラー要素（６）との接触面に対して少なくとも１つの凸状の湾曲形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項３】
前記締付け要素（９）が、この締付け要素（９）により伝達可能な力の方向が可変であるように、１つの軸線を中心に回転可能に支持されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項４】
前記プリセット可能な角度が１２０°より小さく、特に９０°であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項５】
前記角度ゲージ（８）がセラミック、金属またはガラス基材で形成されたことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項６】
前記角度ゲージ（８）がモノクリスタルで形成されたことを特徴とする、請求項５に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項７】
前記角度ゲージ（８）の両側面が研削および／または研磨されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項８】
前記角度ゲージ（８）の表面に反射コーティング（１７）が被着されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項９】
前記保持装置（２）が１つの床プレート（３）と、この床プレート（３）に対向して配置された１つの保持要素（５）とを有し、前記保持要素は前記床プレート（３）とこの保持要素（５）との間に配置された複数のミラー要素（６）を摩擦結合により固定するための支持台として機能し、前記床プレート（３）と保持要素（５）との間に伝達される力が前記複数のミラー面（７）の法線ベクトルにより規定される面に対して垂直方向に作用する、ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項１０】
前記保持要素（５）と各ミラー要素（６）との間に配置された保持部（１３）が摩擦結合による固定のための力を前記ミラー要素（６）に伝達することを特徴とする、請求項９に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項１１】
前記保持部（１３）および／または前記保持要素（５）がばね支持されていることを特徴とする、請求項１０に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項１２】
少なくとも１つのスリット（１４、１５）が前記保持装置（２）の床プレート（３）に設けられており、前記スリットは、前記床プレート（３）の基盤面に対して平行方向「に延び、且つ、前記床プレート（３）にその基盤面に対して垂直な方向に力を加えることによって、前記複数のミラー要素（６）を第１傾斜軸（１６）を中心に傾斜させることができるように形成されている、ことを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項１３】
もう１つのスリット（１５）が前記保持装置（２）の床プレート（３）に設けられており、前記もう１つのスリットは、前記床プレート（３）の基盤面に対して平行方向に延び、且つ、前記床プレート（３）にその基盤面に対して垂直な方向に力を加えることによって、前記複数のミラー要素（６）を第２傾斜軸（１７）を中心に傾斜させることができるように形成されている、ことを特徴とする、請求項１２に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項１４】
前記第１および第２傾斜軸（１６、１７）が互いに直角方向に延びていることを特徴とする、請求項１３に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項１５】
前記床プレート（３）の平らな上面が、この上面に対向して配置されている床プレート（３）の平らな下面に対して互いにゼロではない角度（α）で延在していることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項１６】
前記保持装置（２）が前記保持要素（５）に対して垂直方向に配置されているもう１つの保持要素を含み、前記もう１つの保持要素が複数のミラー要素（６）の１つに対する横方向の境界を形成する、ことを特徴とする、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の折り畳み光学系（１）。
【請求項１７】
複数の光学要素、特に、プリズム、光格子および／または分散ミラーの配置を含むレーザパルス装置であって、
複数の光学要素の配置を通してレーザビームを案内するために、請求項１から１６のいずれか１つに記載の折り畳み光学系（１）が少なくとも１つ配置されていることを特徴とするレーザパルス装置。
【請求項１８】
複数の光学要素の前記配置が２つの折り畳み光学系（１）の間に配置されていることを特徴とする、請求項１７に記載のレーザパルス装置。
【請求項１９】
前記折り畳み光学系（１）の前記保持装置（２）がレーザビームの伝搬方向に対して平行方向に変位可能に支持されていることを特徴とする、請求項１７または１８に記載のレーザパルス装置。
【請求項２０】
複数の光学要素の前記配置がレーザパルスのパルス幅を短くする分散を有していることを特徴とする、請求項１７から１９のいずれか１項に記載のレーザパルス装置。
【請求項２１】
複数の光学要素の前記配置がレーザパルスのパルス幅を長くする分散を有していることを特徴とする、請求項１７から１９のいずれか１項に記載のレーザパルス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザパルス装置において光路を折り畳むための折り畳み光学系に関し、この折り畳み光学系はそれぞれが１つの平面ミラー面を有する少なくとも２つのミラー要素を含む。これらのミラー要素は、それらのミラー面がプリセット可能な角度で互いに配置されているように、１つの保持装置により摩擦結合を用いて空間的に固定されている。本発明はさらに、この種の折り畳み光学系を少なくとも１つ備え、複数の光学要素、特に、プリズム、光格子および／または分散ミラーの配置を含んだレーザパルス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に挙げた種類の折り畳み光学系は一般的に従来技術で知られており、多数の光学応用分野において光ビームないしレーザビームの光路を折り畳む役目を果たしている。この種の折り畳み光学系は一般的に調節エラーに対して特に敏感なので、次のようにすることによって調節すべき自由度の数を制限することが有利であることがわかった。すなわち、光路を案内するために必要な複数の光学要素、例えば、ミラー要素、ビームスプリッタ、プリズムまたはこれらと同等なものが、プリセット可能なアラインメントにおいて１つの共通の保持装置を用いて、互いに空間的に固定されていることによって、自由度の数を制限する。
【０００３】
例えば特許文献１から、レーザパルスコンプレッサのための折り畳み光学系が知られており、この場合には、それぞれが１つの平面ミラー面を有する少なくとも２つのミラー要素が、両方のミラー面がプリセット可能な角度に互いに組み合わされているように、１つの保持装置により空間的に固定されている。
【０００４】
さらに、例えば、それぞれが１つの平面ミラー面を有する２つのミラー要素を含んでいる階段状ミラーが多くの光学応用のために入手可能である。これら両方のミラー要素は、付属している複数のミラー面が互いに直角に配置されているように、縁部が接着結合により互いに材料結合されている。このような配置により、特に簡単な方法で、入射したレーザビームの元の伝播方向に対して逆平行に変換された方向転換を行うことができる。
【０００５】
しかし、特に高出力領域のレーザ応用分野において、複数の光学要素を固定するために接着剤を含む結合を使用することは不利であることがわかった。ここで問題なのは、一般的には相応の冷却により室温領域（２０〜３５°Ｃ）にある運転温度での接着剤および潤滑剤、特に炭化水素、シロキサンまたは同種の物質からのガス発生である。高いピーク強度を有するレーザパルス応用では、有機化合物との相互作用によりこれらの分解／イオン化が生じ得る。こうして発生したラジカルはレーザビーム中を光学系に運ばれ、そこで堆積し、その光学系に施されたコーティングを損傷する反応を起こしかねない。
【０００６】
モード結合された超短パルスレーザを用いてパルス化されたレーザ光を発生する際に、一般的に共振器の内部に配置された複数の光学要素に起因する正常分散すなわち正の分散がパルス幅拡張の原因となり、このパルス幅拡張は、レーザパルスコンプレッサと呼ばれる別の光学要素を配置することにより圧縮しなければならない。多くの応用分野では、レーザパルスを増幅するために意図的に時間的な分散も導入され（chirped pulse amplification、チャープパルス増幅）、これはいわゆるレーザパルスストレッチャにより行われる。続いて行われるレーザパルス圧縮のために、従来技術からプリズム、光格子または分散ミラーの配置が知られており、これらは少なくとも発生されたレーザ光の１つのスペクトル領域に対して有効な逆の分散を有しているので、理想的な場合には上述のパルス幅の伸長が防止されて、最小時間幅のパルスが供給される。
【０００７】
当然であるが、光学要素に起因する分散は一般的には周波数に依存している。これに応じて、複数の光学要素が第１の周波数領域では例えば負の分散を、第２の周波数領域では正の分散を有することがある。この種の光学系を使用すると、レーザパルスのパルス幅を圧縮するためにレーザパルスコンプレッサにおいて、その前に発生した分散に対して対抗作用を行う必要がある。同様のことがレーザパルスストレッチャとして使用される光学的な構成に当てはまる。しかし、この場合には、場合により存在している分散を補償するのではなく、生じた分散に対応する分散を加算的に追加するように、レーザパルスのさらなる分離が行われなければならない。したがって、レーザパルスストレッチャは、パルス幅を伸長する分散を備えた、複数の光学要素の配置を有する。
【０００８】
しかし、特に、レーザパルスコンプレッサまたはレーザパルスストレッチャのような、超短パルスレーザのレーザパルス装置に案内された高出力レーザビームが一般的に接着化合物または潤滑材からガス化した物質と相互作用をおこし、このことが、吸収効果に基づき、使用された光学要素の損傷をもたらすことがあることが判った。
【０００９】
原理的には、従来技術から、複数の反射器を折り畳み光学系として利用することも知られており、これは異なる幾何学形状のプリズムとして実施されている。例えば、直角二等辺三角形の基本面を有するプリズムが全反射を利用して損失の少ない再帰反射体として使用され、これによって、例えば、光路を１８０°転換することができる。この種のプリズムはそれぞれの光学的利用に合った幾何学形状を有しているので、残りの調節すべき自由度を低減することができる。
【００１０】
しかし、光路を折り畳むためにプリズムをレーザパルスコンプレッサの内部に設置するのは不利であることがわかった。というのは、知られている光学ガラス、特にＢＫ７または石英ガラスは高出力超短パルスレーザにとって重要な強度領域において非線形の吸収を示し、この非線形吸収はビームプロファイルにより生じた温度勾配に基づき、場所に依存する波面の擾乱および特に場所に依存するスペクトル位相の擾乱をもたらすからである。レーザパルスのスペクトル位相の非線形擾乱の結果、レーザパルスコンプレッサによる最大可能圧縮に制限が生じ、その結果、レーザパルスは一般的に、もはやその最小時間幅に圧縮されない。
【００１１】
さらに例えば特許文献２から、複数のミラー要素をねじ結合により摩擦結合的に調節することが知られている。レフカメラ分野において特許文献３は、ミラー要素がばねにより、装置に固定された３点取付部に押し付けられる構成を開示している。しかし、この種の点取付は比較的大きな応力を生じ、これは調節中にミラー要素の損傷を導きかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】欧州特許発明第１６８７８７６Ｂ１号明細書
【特許文献２】特開２００６−３３７９２４Ａ号公報
【特許文献３】独国実用新案第７３１２６８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、上述した従来技術のデメリットを避けて、特にレーザパルス装置用に、例えば、レーザパルスコンプレッサまたはレーザパルスストレッチャに、複数のミラー要素をほぼ完全に変形なしに支持しながら簡易化された調節を可能とする折り畳み光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は請求項１の特徴を有する折り畳み光学系により解決される。好適な形態および発展形態は従属請求項に記載されている。
【００１５】
レーザパルス装置において光路を折り畳むための折り畳み光学系は、それぞれが１つの平面ミラー面を有する少なくとも２つのミラー要素を含み、これらのミラー要素は、両方のミラー面がプリセット可能な角度に互いに配置されるように、１つの保持装置により摩擦結合を用いて空間的に固定されている。本発明によれば、両方のミラー要素はそれぞれ、角度ゲージの１つの側面に沿ってアラインメントされており、この場合、角度ゲージの両方の側面はプリセット可能な角度で互いに配置されている。この角度ゲージは、複数のミラー要素を保持装置と摩擦結合するための支持台として機能する。
【００１６】
こうして本発明は、ミラー要素を固定するための接着剤の使用を避け、これによって、高出力レーザビームの光路を折り畳むための折り畳み光学系を使用する際にも、生じるかもしれないガス発生を効果的に防ぐ。これによって、レーザパルスコンプレッサまたはレーザパルスストレッチャの光路を折り畳むために折り畳み光学系を使用する際に、特に、高出力レーザパルスを発生する際にも、機能の障害を最小に抑えることが保証される。同時に、これらのミラー要素を固定するために必要な調節の複雑さが最小となる。というのは、両方のミラー面が互いにアラインメントされるべき調節角度が、精密に作られた角度ゲージによりプリセットされているからである。すなわち、この自由度を正確に調節するためには、両方の平面ミラー要素を、支持台として機能する角度ゲージの対応する側面に摩擦結合的に押し付けるだけで充分である。この摩擦結合のために複数の締付け要素、例えば、特に調節ねじ又はこれと同等の物が使用される。この時、押付け力は、この保持装置により固定されたミラー要素の機械的な安定性が保証されると共に、場合によって発生する機械的応力が最小になるように選ばれ、これによってこのように固定されたミラー要素の光学特性の障害を防ぐことができる。
【００１７】
摩擦結合のためにそれぞれのミラー要素に作用する力は、締付け要素と各ミラー要素との間に配置され、板状に形成されたばね要素を介して間接的に伝達可能である。この場合、このばね要素は、締付け要素からミラー要素へ加えられる力を拡大された当接面にできるだけ均等に伝達するのに役立ち、これによって、発生する応力を最小にすることができる。このばね要素はさらに、特に、調節ねじとして作られた締付け要素における固定のために必要な回転運動ないしねじりのミラー要素への伝達を妨げる。このことにより、折り畳み光学系の調節中に生じる可能性のあるミラー要素の損傷ないし変形を防止することができる。このばね要素は本発明の１実施例によれば、湾曲した板バネと類似して作られており、その湾曲はミラー要素の平らな表面から離れる方向に向いている。この湾曲は、使用された材料の異なる熱膨張を変形によって補償すべく形成されており、これによって、ミラー基材の応力を最小にすることができる。このばね要素は好適には、曲げ又はねじりによるミラー要素における応力を避けるために、締付け要素からミラー要素に加えられる力が、角度ゲージが反対側の側面に対する支持台を形成している範囲内でのみ作用するように配置されている。
【００１８】
好適にはこのばね要素は湾曲して形成されており、このばね要素はミラー要素への接触面に対して少なくとも１つの凸形状の湾曲を有するように配置されている。このような構成は、材料に依存し周囲温度の変化時に生じ得る膨張による望ましくないねじりを補償するのに役立つ。
【００１９】
本発明の有利な１形態では、１つの締付け要素、例えば上述した締付け要素、が１つの軸を中心にして回転可能に支持されているので、この締付け要素により伝達可能な力の方向を変えることができる。このことにより、この締付け要素の、ないし、この締付け要素からミラー要素に伝達された力の、正確なアラインメントが可能となる。理想的な場合にはこの締付け要素は、ミラー要素を固定するのに必要な力が正確にミラー面の法線ベクトル方向に作用するようにアラインメントされ、これにより、できるだけ変形及び応力のない支持を確実に行うことができる。
【００２０】
好適には前述のプリセット可能な角度は１２０°より小さく、特に９０°である。一般的には角度ゲージによりプリセット可能な角度は、折り畳み光学系が使用される光学応用分野に適合される。両方のミラー面の間の角度が９０°である装置は再帰反射器として利用され、この場合には、折り畳み光学系から反射されたレーザビームの伝播方向は入射レーザビームの元の伝播方向に対して逆方向である。プリセット可能な角度が９０°である実施例では、支持台として機能する角度ゲージは特に、四角形もしくは正方形、または、直角三角形の形状の基盤面を有する。
【００２１】
当然であるが、ここでの仕様範囲における角度表示は常に、製造上の精度により予め与えられている許容範囲を含む。この許容範囲は、角度ゲージによりプリセット可能な角度については一般的に１°より小さく、複数のミラー要素の全部のミラー面を考慮する場合には理想的には２．５秒（2,5’’）より小さい。同様に、面も、製造許容誤差に基づく不規則性、湾曲又はこれと同様の形状の偏差を有する場合には、平面であると見做される。一般的には、これらの偏差は使用されたレーザの波長の数分の一（Zehntels）の範囲内にあり、特に、通常は１００ｎｍから１０μｍまで、特に３μｍまでの波長の１／８または１／１０の範囲にある。
【００２２】
本発明の好適な実施例では、角度ゲージは金属、セラミック又はガラス基材から成り、機械的な変形に対する強度が大きい。
【００２３】
角度ゲージとしてガラス、金属またはセラミックから成る基材を使用することは、さらに、その側面が研削および研磨の少なくとも一方が可能であるという利点を有し、このことによって、これらの側面の配置により規定される角度の特に精密なプリセットが可能となる。
【００２４】
好適には、角度ゲージはモノクリスタルから成る。相応の立方体対称性を有するモノクリスタル、例えば、単純立方格子を有する黄鉄鉱は、角度ゲージ用の基材として使用するために、成長させることができる。劈開されたモノクリスタルは非常に平らな接触面を有するので、こうして作られた角度ゲージにより規定される角度は特に精密にプリセットすることができる。
【００２５】
本発明の展開形態では、角度ゲージの表面に反射コーティングが被着されている。この反射コーティングを有する表面は複数のミラー要素の両方のミラー面に対して垂直であり、これにより３つの反射面を含むコーナーリフレクタが可能となり、これはコーナーキューブリフレクタとも呼ばれる。この反射コーティングおよび複数のミラー要素の両方のミラー面は、好適には、この折り畳み光学系により案内されるレーザビームの波長領域において、できるだけ偏光に依存しない、高い反射率を有するように形成されている。
【００２６】
本発明の好適な実施例によれば、保持装置が、１つの床プレートおよびこの床プレートに対向して配置された１つの保持要素を有する。複数のミラー要素が、この床プレートと保持要素との間に配置され、これらの要素と摩擦結合されており、この場合、この保持要素は摩擦結合的な固定に際して支持台として機能する。特にプレート状に形成された保持要素は、強く振動する負荷時においても、ミラー要素がその設定位置からずれるのを防ぐために機能する。このために、この保持要素は例えば付加的にミル加工された溝を有することができ、この溝の寸法はミラー要素に対応しており、力が作用する方向に対して直角な方向においてもミラー要素が滑って位置が変わるのを防ぐ。摩擦結合に必要な力は例えば公知の締付け要素、特に、調節ねじ、クランプまたはこれらと同等のもの、を用いて伝達することができ、ミラー面の法線ベクトルにより規定された面に対して垂直方向に作用する。このような構成は、より高い機械的安定度があるので優れており、摩擦結合的な固定に必要な力の特に均等な分布を可能とするので、ミラー要素およびそのミラー面の歪みないし変形を避けることができる。しかし、床プレートに対向して設置され、支持台として機能するこの保持要素はオプション的な要素であり、当然ながら、この要素は応用次第では、十分に安定な固定を確保するためには、場合によっては必要不可欠ではない。
【００２７】
特に好適には、保持要素と各ミラー要素との間に保持部が配置されている。この保持部はミラー要素と機械的に接触しており、そのミラー要素に摩擦結合のための力を伝達する。そのためにこの保持部は適切な形状を有し、可能な１実施例では、ミラー要素に当接する保持部表面が半球として形成されている。これに代わる１実施例では、ミラー要素に当接する表面は平らな形状を有する。この保持部は、特に保持要素を調節する際に作用する力をほぼ完全に非干渉化し、これによって、ミラー要素を小さい変形で確実に固定することができる、ないしは、組み立て時の損傷および振動によるミラー要素の変位を避けることができる。
【００２８】
ミラー要素への均等な力伝達を確実に行い、且つ、過大な押し圧力による過負荷を避けるために、保持部および保持要素の少なくとも一方がばね支持されていると好適である。可能な１実施例では、特にプレート状に形成された保持要素が複数の固定棒により固定されており、これらの固定棒は複数の皿ばねパッケージによりばね支持されている。他の実施例では、保持部がボルト状に形成されており、保持要素の穴の中でばね支持されている。このために、特にコイルばねが使用される。
【００２９】
いずれの場合にも、ミラー要素の変形およびこれによる折り畳み光学系の光路ずれ（Abberationen）を避けるべく、ミラー要素に作用する力が縮小される。
【００３０】
好適には、保持装置の床プレートに少なくとも１つのスリットが設けられている。このスリットは床プレートの基盤面に平行に延びており、床プレートの基盤面に対して垂直な方向に床プレートに力を加えることにより、複数のミラー要素を第１傾斜軸を中心に傾斜させることができるように形成されている。このように構成された保持装置により、複数の自由度の微調整を、特にこの保持装置を用いて固定された複数のミラー要素の小さい角度範囲での傾斜を、そのためにヒンジを設けることなしに、実現することができる。床プレートを押すために必要な力は例えば、クランプ、調節ねじ又はこれと同等なものにより伝達することができるので、小さい角度範囲での傾斜を高い機械的強度で実現することができる。潤滑剤の使用は不要である。
【００３１】
本発明の展開形態では、保持装置の床プレートにもう１つのスリットが設けられている。このもう１つのスリットは床プレートの基盤面に平行に延びており、床プレートの基盤面に垂直な方向に床プレートに力を加えることにより、これら複数のミラー要素を第２傾斜軸を中心に傾斜させることができるように形成されている。これにより、複数のミラー要素のより正確な微調整が可能となるので、レーザビームの光路を正確にプリセットすることができる。
【００３２】
特に好適には、床プレートに設けられた上記両方のスリットは、第１および第２の傾斜軸が互いに直角に延びるように、異なる方向に延びている。このような構成により、多数の幾何学形状にとって重要な自由度の微調整が可能となる。
【００３３】
合目的的に、この床プレートはその上に固定された装置を傾斜させるための弾性を有している。
【００３４】
好適には、この床プレートは金属製である。
【００３５】
本発明の展開形態では、床プレートの平らな上面が、この上面に対向して配置されている、床プレートの平らな下面に対して互いにゼロではない角度で延びるように構成されている。複数のミラー要素が床プレートの上面に取り付けられているので、それぞれの光学的応用に応じて、調節の複雑さを最小にすべく、この構成によってオフセット角をプリセットすることができる。さらに、オフセット角を適切に合わせる際に、必要な調節範囲を完全にカバーするために、床プレートの固定を、および、それに基づく複数のミラー要素のアラインメントの微調整を、複数の調節ねじ又はこれと同等なものを用いて、今や１方向への１回の角度調節のみで、実現することができる。このことは、このような調節可能性がゼロ点近傍でのねじの遊びの影響を除くことができる、ないし、少なくとも低減できるので、有利であることが判った。
【００３６】
互いに平行に延びる上面と下面とを有する床プレートの形態においては、複数の調節ねじで生じうる遊びは通常はより強く現れる。というのは、一般的に、複数の調節ねじの２方向の調節が必要であるからである。しかし、このような形態は、この保持装置がゼロ点位置近傍においてほぼ完全に応力なしに支持されており、その結果として、ねじ結合のクリープによるこれらのミラー要素のアラインメントの狂いを防ぐことができる、という利点を有する。
【００３７】
本発明の発展形態では、上述した保持要素に対して垂直に延びるもう１つの保持要素を設けるように構成されており、このもう１つの保持要素は、複数のミラー要素の１つに対する横方向のストッパーないし横方向の境界を形成している。このような配置は、強い振動時にもミラー要素のずれを防ぐために形成されている。
【００３８】
複数の光学要素、特に、プリズム、光格子および／または分散ミラーの配置を含むレーザパルス装置が、本発明によれば、上述した折り畳み光学系を少なくとも１つ含んでいる。この折り畳み光学系は複数の光学要素の配置を通してレーザビームを案内するために構成されている。
【００３９】
好適には、複数の光学要素のこの配置が２つの折り畳み光学系の間に設置されている。これにより、レーザパルスを利用する特にコンパクトな構成が可能になる。この場合、これらの折り畳み光学系によるレーザビームの光路の折り畳み時に、場合によっては高さ方向のオフセットが生じることがある。
【００４０】
この折り畳み光学系の保持装置は、微調整を可能にするために、好適には、レーザビームの伝播方向に対して平行方向に変位可能に支持されている。これにより特に、レーザパルスコンプレッサまたはレーザパルスストレッチャの長さを調節することができる。
【００４１】
特にプリズム、光格子および／または分散ミラーのような複数の光学要素の配置を有し、レーザパルスのパルス幅を短くする分散を有するレーザパルス装置はレーザパルスコンプレッサと呼ばれる。
【００４２】
レーザパルスコンプレッサのこれらの光学要素は、レーザパルスを圧縮するために、このレーザパルスに含まれているモードの少なくとも１つのスペクトル領域に存在する分散に対抗する分散を有するように配置されている。本発明は、レーザパルスコンプレッサがレーザビームの光路を折り畳むために少なくとも１つの本発明による折り畳み光学系を有することを考慮している。これにより、レーザパルスコンプレッサの機能的障害が最小にされ、特に、ガス発生に起因する擾乱効果を防ぐことができる。
【００４３】
誘電性媒体の１μｍ近辺のスペクトル領域では、一般的に正の材料分散が現れ、これは負の分散を有するレーザコンプレッサにより補償することができる。このような装置は公知であり、特に、プリズムコンプレッサ、または、誘電体分散ミラーもしくは光格子の配置を含むレーザパルスコンプレッサは公知である。
【００４４】
これに加えて、光ファイバーでは導波管分散（Wellenleiterdispersion）が現れ、これは場合によっては、補償すべき全分散を変化させる。
【００４５】
しかし、レーザビームの周波数によっては複数の光学要素が負の分散を起こすこともあり、この負の分散は、有効な正の分散を有する複数の光学要素の配置を備えたレーザパルスコンプレッサにより相応に補償される。この折り畳み光学系の保持装置は、レーザパルスコンプレッサの長さの調整を可能にするために、好適に、入射レーザビームの伝播方向に対して平行方向に変位可能に支持されている。
【００４６】
折り畳み光学系のミラー要素は誘電体ミラーとして形成されている。このように作られたミラーは屈折率の異なる多重層を有し、このミラーはこれらの層が予め決められた波長に対して特に高い反射率を有するように形成することができる。本発明の発展形態では、複数の誘電体ミラーが、レーザパルスに含まれているモードの少なくとも１つのスペクトル領域に対して適切な分散を有するように形成されており、これによって、これらの誘電体ミラーをパルス圧縮のためにも利用することができる。誘電体ミラーにより得られる負の分散の効果は、特に光格子の配置により得られる作用に比べると通常は小さいので、誘電体ミラーを位相変位の微調整のためだけに設けることができる。
【００４７】
代替の１実施例では、このレーザパルス装置がレーザパルスストレッチャとして形成されており、これは、特に、プリズム、光格子および／または分散ミラーの複数の光学要素の配置を含み、この配置はレーザパルスのパルス幅を長くする分散を有する。
【００４８】
以下に本発明を、さらなる特徴および利点についても、実施例の記載および添付された模式図を基にして詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施例による、互いに直角に配置された２つのミラー面を有する折り畳み光学系の斜視図
【図２】前記第１実施例による折り畳み光学系の詳細斜視図
【図３】折り畳み光学系の床プレートの模式的断面の詳細図
【図４】ばねで支持された保持要素を含む代替固定手段の模式的側面図
【図５】コーナーキューブリフレクタとして形成された第２実施例による折り畳み光学系の斜視図
【図６】代替実施例による折り畳み光学系の床プレートの詳細図
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１は第１実施例による折り畳み光学系１の斜視図であり、これは特にレーザパルスコンプレッサまたはレーザパルスストレッチャへの利用に適している。この折り畳み光学系１は１つの保持装置２を含み、この保持装置は１つの床プレート３、複数の固定棒４および１つの保持要素５を備えている。
【００５１】
保持装置２は床プレート３と保持要素５の間に配置された複数のミラー要素６を摩擦結合で固定する機能を有し、これらミラー要素に付属する複数のミラー面７は互いに直角に配置されており、それによりコーナーリフレクタとして構成されている。
【００５２】
両方のミラー面の間のプリセット可能な角度、これは例示された実施形態では９０°である、を精密にプリセットするために、正確に研削され研磨された複数の側面を有するガラス基材から成る角度ゲージ８が備えられており、その複数の側面に複数のミラー要素６のミラー面７が当接している。こうして、両方のミラー面７が互いに配置されている角度は、角度ゲージ８の両側面により規定されている。
【００５３】
代替の実施例によれば、この角度ゲージ８は精密に研削され研磨された金属基材またはセラミック基材、特に鋼で作られている。
【００５４】
図１で示された実施例では正方形の基盤面を有する角度ゲージ８が、複数のミラー要素６を固定する際に、ここでは調節ねじとして実現されている複数の締付け要素９により加えられる力に対する支持台として機能する。各締付け要素９の反対側で、保持装置２のストッパー１０が角度ゲージ８のずれを制限している。
【００５５】
これらの締付け要素９は床プレート３に対して回転可能に支持されている。これら締付け要素９の回転により、締付け要素９からミラー要素６に加えられる力の方向を精密に調節することができる。これにより、発生する応力を最少にすることができ、その結果、この折り畳み光学系における光路ずれを回避することができる。
【００５６】
ミラー要素６と締付け要素９の間には湾曲したばね要素１１が配置されており、その湾曲はミラー要素６から離れる方向を向いている（この湾曲は図１では分からない）。ばね要素１１は、保持装置２の調節時に必要な調節ねじ９の回転運動がミラー要素６に伝達されないようにしている。さらにこのばね要素１１はミラー要素６の起こりうる変形を防ぐようになっている。さらに、ばね要素１１のばね作用と平面状の形状とにより、締付け要素９から加えられる力の特に均等な分布が可能となり、その結果、これらのミラー要素６に対してほぼ応力のない固定が確実に行われる。複数の固定棒４はその上端部にねじを有し、これらのねじは複数のねじナット１２によりプレート状の保持要素５を固定する機能を有する。保持要素５は２つの穴を有し、これらの穴の中に保持部１３がねじ込まれている。これらの保持部１３は、詳細には示されていないコイルばねによってばね支持されており、ミラー要素６と機械的に接触している。ばね支持されたこれらの保持部１３は、保持要素５を機械的に固定する際に特に、ミラー要素６の歪みないし変形を最小にする。
【００５７】
代替の実施例では、保持要素５の中に溝が形成されており、この溝はそれぞれのミラー要素６を受け入れる役目を果たす。この場合、その空間的な寸法は、摩擦結合の力の作用方向に対して直角な方向において、強い振動時にも、ミラー要素６のずれを防ぐように、ミラー要素６に適合されている。
【００５８】
詳細には示されていない１つの代替案において、さらに複数の保持要素が設けられており、これらの保持要素は前記保持要素５に対して直角方向に延び、複数のミラー要素６に対する横方向の境界を形成している。すなわち、これらのさらなる保持要素が複数のミラー要素６に対して横方向のストッパーを形成しているので、これらのミラー要素６自身は、大きく振動する輸送条件および運転条件下でも滑って位置が変わることはない。
【００５９】
保持装置２の床プレート３は互いに平行に配置された２つのスリット１４、１５を有し、これらのスリットが互いに直角に延びる２つの傾斜軸１６、１７を規定している。この場合、スリット１４により形成された第１の傾斜軸１６は空間方向Ｙに対してほぼ平行方向に延び、これに対し、スリット１５により形成された第２の傾斜軸１７は空間方向Ｘに対して平行方向に延びている。床プレート３に、空間方向Ｚに対して平行方向に適切な力を加えることによって、保持装置２により固定された複数のミラー要素６の微調整に必要な傾斜を生ぜしめることができ、この場合、必要となる力の作用は例えば、詳細には示されていないクランプまたはこれと同様なものを用いて伝達することができる。床プレート３は、示された実施例では、金属製であり、傾斜のために適切な弾性を有する。座標空間としては、標準スカラー積を有する３次元ユークリッド空間（Ｒ３）が挙げられる。
【００６０】
図２は第１実施例による折り畳み光学系１の下部を詳細斜視図で示している。示されているのは特に、床プレート３上で回転可能に支持された複数の締付け要素９であり、これらはミラー要素６の横方向における摩擦結合により固定するために設けられている。このために必要な力はその中間に配置されている複数のばね要素１１を介して間接的にそれぞれのミラー要素６に伝達可能であり、これらのばね要素１１は力の懸かっていない状態では軽度に湾曲した形状を有しているが、摩擦結合による固定後はほぼ平面状にそれぞれのミラー要素６に当接することができる。この摩擦結合による固定に際して角度ゲージ８は支持台として機能し、これによってこの角度ゲージは両方のミラー面７の相互の相対的なアラインメントをプリセットしている。
【００６１】
代替の１実施例では、これら締付け要素９が固定されている。
【００６２】
床プレート３は２つのスリット１４、１５を有し、これらのスリットはそれぞれより広いスリット幅を備えた部位を含み、これらの部位が傾斜軸１６、１７を規定している。
【００６３】
図３は、床プレート３のスリット１４を有する部位および床プレート３を傾斜させるのに適したメカニズムを例示し、このメカニズムは調節ねじ２１および固定ねじ２２を含む。この調節ねじ２１を用いて、スリット１４により形成された床プレート３の部位２３、２４に、両方の部位２３、２４が互いに或る傾斜角だけ傾斜されるように力を伝達することができる。傾斜後に、この調節された傾斜角は固定ねじ２２により固定することができ、この固定ねじはこの配置を固定するために、床プレート３の中に相応に作られたねじ穴に係合している。
【００６４】
ここに示された例では、調節ねじ２１は半球状の加圧端を有し、この加圧端が、例えばガラスまたはサファイアから成り床プレート３に埋め込まれている円板２６を押す。
【００６５】
図４は、複数のミラー要素６を摩擦結合により固定するためのこの保持装置２による固定可能のある代替案を示す。示されているのは、保持要素５、保持部１３および複数の固定棒４を含む保持装置２の上部である。保持部１３は、ここに示された例では、半球状の形状を有している。図１に示された実施形態とは異なり、この保持部１３は保持要素５と固定結合されているが、この保持要素５は他のばね要素２５により固定棒４にばね支持されており、このばね要素は皿ばねパッケージ、または、他の代替実施形態では、コイル状の圧力ばねとして形成されている。
【００６６】
図５は折り畳み光学系１の第２実施例の斜視図であり、これはコーナーキューブリフレクタとして構成されている。しかし、図５に示された実施例の本質的な部分は第１実施例のものと同じであるので、前述の説明を参照されたい。特にミラー要素６の機械的な固定は、図１から４に基づいて既に説明された固定手段に応じて行うことができる。したがって、以下においては相違点についてのみ説明する。
【００６７】
図５に示された第２実施例では、四角形のミラー要素６の構成以外では、角度プリセットのために利用されガラス基材から成る角度ゲージ８が反射コーティング１８を有するという点でのみ異なる。すなわち、このコーティングされた角度ゲージ８は光路を折り畳む際にミラーとして機能する。それぞれが互いに直角に配置された反射面７、１８の配置によって、コーナーキューブリフレクタとも呼ばれるコーナーリフレクタが形成され、このコーナーリフレクタは、入射するレーザビーム１９を、この折り畳み光学系１により反射されたレーザビーム２０が元の伝播方向とは逆方向に、且つ、これに平行に方向転換されて進むように、反射する状態となっている。
【００６８】
本発明の１つの代替案では、同じ大きさの３つのミラー要素６が設けられ、これらのミラーは図５に示されたコーナーキューブリフレクタの幾何学的構成に基づき配置され、３つのミラー要素６がそれぞれ正方形のミラー面を有している。
【００６９】
接着剤ないし潤滑剤を使用しないことにより、上記複数の実施例に示された、ミラー要素６の摩擦結合による固定を有する折り畳み光学系１は、特に、超短パルスレーザシステムで発生するような高出力レーザパルスと組み合わせて使用するのに適している。
【００７０】
図６は代替実施例による床プレート３の斜視図である。図３に示された配置とは異なり、ここでは、ミラー要素６の光学的構造を支える床プレート３の上面２７が、反対側に配置された床プレート３の下面２８に対して平行ではない。
【００７１】
図６に例示された配置では、下面２８は、空間方向Ｘおよび空間方向Ｙにより固定される面ＸＹに平行である。上面２７は面ＸＹに対して僅かに傾斜した面上にあり、この場合、その回転軸は、ここに図示された例では、空間方向Ｙに平行である。上面２７は床プレート３の下面２８に対して角度αで延びており、この角度αは好適な実施形態では、僅かな度数であり、特に２°よりも小さい。
【００７２】
この角度αは、その光学的利用に合わせて複数のミラー要素６の最適な調整を行うために、オフセット角をプリセットするのに役立つ。特に、オフセット角の適切なプリセットにより、部位２３、２４の調節に必要な傾斜を傾斜軸１６、１７を中心にして１方向に形成することが可能となり、その結果、傾斜のために差し込まれた調節ねじ２１の、場合によって生じるねじの遊びが除去される。この種のねじの遊びは、互いに平行な上面２７と下面２８とを備えた複数の床プレート３を有する構成の場合には、ゼロ点を調整するときに通常発生する。
【００７３】
当然のことであるが、角度αで定義されたオフセット角をプリセットするために、図６に示された、床プレート３の上面２７の状態を適合させる替わりに、下面２８を適合させることも可能である。重要なことは、両方の面、すなわち、上面２７および下面２８を互いに角度αとなるようにすることだけである。
【符号の説明】
【００７４】
１      折り畳み光学系
２      保持装置
３      床プレート
４      固定棒
５      保持要素
６      ミラー要素
７      ミラー面
８      角度ゲージ
９      締付け要素
１０    ストッパー
１１    ばね要素
１２    ねじナット
１３    保持部
１４    スリット
１５    スリット
１６    傾斜軸
１７    傾斜軸
１８    コーティング
１９    入射レーザビーム
２０    反射レーザビーム
２１    調節ねじ
２２    固定ねじ
２３    床プレートの部位
２４    床プレートの部位
２５    ばね要素
２６    円板
２７    上面
２８    下面
α      角度
Ｘ      空間方向
Ｙ      空間方向
Ｚ      空間方向
【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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【国際調査報告】
2017521694.tif 000009
2017521694.tif 000010
2017521694.tif 000011
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