(57)【要約】【課題】  パルス往復回数およびパルス繰り返し周波数の変化に伴う増幅出力レーザパルスの分散の変化が生じた場合でも位相分散を補償し、最適なパルス幅を得ることが可能なレーザパルス圧縮装置を提供する。【解決手段】  レーザパルス光を反射させる第１回折格子と、第１回析格子で反射した入射回析光を受光する第２回折格子と、第２回析格子で反射した回析光を反復反射させて第２回析格子に入射させるプリズムと、第２回析格子に入射した反復反射光を第１回析格子を介して反復レーザパルス光として外部に出力するレーザパルス圧縮装置において、第１回析格子で反射した入射回析光の光軸に対して平行移動可能なスライド機構部と、スライド機構部に第２回析格子を固定した可動台と、これらを収納する筐体と、筐体外部から第１回析格子と第２回析格子との距離を可変する調整手段とを備えるようにした。【選択図】          図１
2009252824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力窓から入射するレーザパルス光を第１全反射鏡を介して入射させ、回析光として反射させる第１回折格子と、この第１回析格子で反射した入射回析光を受光する前記第１回析格子の入反射面と離間して平行に配置した入反射面を有する第２回折格子と、この第２回析格子で反射した回析光を経路変更して反復反射させて前記第２回析格子に入射させるプリズムと、前記第２回析格子に入射した反復反射光を前記第１回析格子を介して直接出力窓から反復レーザパルス光として外部に出力する第２全反射鏡と、前記第１回析格子で反射した前記入射回析光の光軸に対して平行移動可能なスライド領域を設けたスライド機構部と、このスライド機構部の前記スライド領域に前記第２回析格子を固定し前記スライド領域に沿って移動する可動台と、前記第１全反射鏡、前記第２全反射鏡、前記第１回析格子、前記第２回析格子を固定した前記可動台及び前記スライド機構部を収納する密閉空間を形成する外壁を有する筐体と、この筐体の外部に設けられ、前記筐体の外壁に設けた貫通穴部を貫通して前記可動台と連結された調整棒を可動させ、前記第１回析格子と前記第２回析格子との距離を可変する調整手段とを備えたレーザパルス圧縮装置。
【請求項２】
入力窓から入射するレーザパルス光を第１全反射鏡を介して入射させ、回析光として反射させる第１回折格子と、この第１回析格子で反射した入射回析光を受光する前記第１回析格子の入反射面と離間して平行に配置した入反射面を有する第２回折格子と、この第２回析格子で反射した回析光を経路変更して反復反射させて前記第２回析格子に入射させるプリズムと、前記第２回析格子に入射した反復反射光を前記第１回析格子を介して直接出力窓から反復レーザパルス光として外部に出力する第２全反射鏡と、前記第１回析格子で反射した前記入射回析光の光軸に対して平行移動可能なスライド領域を設けたスライド機構部と、このスライド機構部の前記スライド領域に前記第１回析格子を固定し前記スライド領域に沿って移動する可動台と、前記第１全反射鏡、前記第２全反射鏡、前記第１回析格子、前記第１回析格子を固定した前記可動台及び前記スライド機構部を収納する密閉空間を形成する外壁を有する筐体と、この筐体の外部に設けられ、前記筐体の外壁に設けた貫通穴部を貫通して前記可動台と連結された調整棒を可動させ、前記第１回析格子と前記第２回析格子との距離を可変する調整手段とを備えたレーザパルス圧縮装置。
【請求項３】
前記調整手段は、入力信号に基づき前記調整棒を移動させるパルス信号を送出する位置制御回路部を具備した請求項１又は２に記載のレーザパルス圧縮装置。
【請求項４】
前記位置制御回路部は記憶回路部とＣＰＵを搭載し、前記パルス信号のカウント数を前記記憶回路部の記憶素子に記憶させ、カウント情報により、ＣＰＵは前記第１回析格子と前記第２回析格子との距離情報を表示する表示信号を前記筐体外部に設置した表示部に送出する請求項３に記載のレーザパルス圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回折格子を用いた短パルスレーザ装置などに搭載するレーザパルス圧縮装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高いピーク出力で、パルス幅がフェムト秒（ｆｓ）〜ピコ秒（ｐｓ）オーダの（超短）レーザパルスを発生させる方法としてチャープパルス増幅（ＣＰＡ）が知られている。例えば、特開２００４−４８０２０号公報図２（特許文献１参照）には、発信器５、伸張器１５及び増幅器２５を収納した注入源１の出力を光学的周波数変換器を介して増幅器５５と圧縮器６５を収納した高エネルギバルク増幅器２を搭載した混成装置のＣＰＡシステムが開示されている。このＣＰＡでは、チャープ光パルスの波長が時間と共に変化するようなパルス幅の広い光パルスを生成し、これを増幅したのち、パルス圧縮器で圧縮して高ピーク出力の短光パルスを得ている。
【０００３】
また、特開平９−２１１５０４号公報図１（特許文献２参照）には、回析格子５−１、５−２を通過したレーザパルスを全反射鏡７で反射させ、再び回析格子５−１、５−２を経由させてレーザパルスを取り出すレーザパルス圧縮装置が開示されている。
【０００４】
また、特開２００７−１０９９６２号公報図１（特許文献３参照）には、回折格子対１、３と、回折格子対１、３の一方の回折格子１に回折格子１の法線を含み回折格子１の格子と直交する入射面と所定の角度をなす入射面もつレーザパルスを入射させる入射手段２と、回折格子対１、３内を通過してくる前記レーザパルスを反射して回折格子対１、３内に再び入射するように配置される反射鏡４とを備えたレーザパルス圧縮装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−４８０２０号公報（第２図）
【０００６】
【特許文献２】特開平９−２１１５０４号公報（第１図）「段落００３２」
【０００７】
【特許文献３】特開２００７−１０９９６２号公報(第１図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載のものは、パルス圧縮器には、高ピーク出力による光損傷や非線形性があるためファイバ圧縮器を用いることには問題があり、バルク回析素子圧縮器などが必要であるという課題があった。
【０００９】
特許文献２に記載のものは、全反射鏡７で反射されたレーザパルス２−３が再び負の分散特性をもつ回析格子対５を通過することにより、回析格子間隔が短くてもパルス圧縮が可能であり装置のコンパクト化に適しているものの、位相分散を補償するための回析格子の間隔を調整し、最適な光路長を構成することについては記載されていない。
【００１０】
特許文献３に記載のものは、回折格子に入射されるレーザパルスの回折格子の法線を含み格子と直交する面内での入射角を変更することができることで回折格子の回折効率を高くして圧縮装置の透過率を高くすることが可能なものの、位相分散を補償するために回析格子の間隔を調整し、最適な光路長を構成することについては記載されていない。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、パルス往復回数およびパルス繰り返し周波数の変化に伴う増幅出力レーザパルスの分散の変化が生じた場合でも位相分散を補償し、最適なパルス幅を得ることが可能なレーザパルス圧縮装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係るレーザパルス圧縮装置は、入力窓から入射するレーザパルス光を第１全反射鏡を介して入射させ、回析光として反射させる第１回折格子と、この第１回析格子で反射した入射回析光を受光する前記第１回析格子の入反射面と離間して平行に配置した入反射面を有する第２回折格子と、この第２回析格子で反射した回析光を経路変更して反復反射させて前記第２回析格子に入射させるプリズムと、前記第２回析格子に入射した反復反射光を前記第１回析格子を介して直接出力窓から反復レーザパルス光として外部に出力する第２全反射鏡と、前記第１回析格子で反射した前記入射回析光の光軸に対して平行移動可能なスライド領域を設けたスライド機構部と、このスライド機構部の前記スライド領域に前記第２回析格子を固定し前記スライド領域に沿って移動する可動台と、前記第１全反射鏡、前記第２全反射鏡、前記第１回析格子、前記第２回析格子を固定した前記可動台及び前記スライド機構部を収納する密閉空間を形成する外壁を有する筐体と、この筐体の外部に設けられ、前記筐体の外壁に設けた貫通穴部を貫通して前記可動台と連結された調整棒を可動させ、前記第１回析格子と前記第２回析格子との距離を可変する調整手段とを備えたものである。
【００１３】
請求項２に係るレーザパルス圧縮装置は、入力窓から入射するレーザパルス光を第１全反射鏡を介して入射させ、回析光として反射させる第１回折格子と、この第１回析格子で反射した入射回析光を受光する前記第１回析格子の入反射面と離間して平行に配置した入反射面を有する第２回折格子と、この第２回析格子で反射した回析光を経路変更して反復反射させて前記第２回析格子に入射させるプリズムと、前記第２回析格子に入射した反復反射光を前記第１回析格子を介して直接出力窓から反復レーザパルス光として外部に出力する第２全反射鏡と、前記第１回析格子で反射した前記入射回析光の光軸に対して平行移動可能なスライド領域を設けたスライド機構部と、このスライド機構部の前記スライド領域に前記第１回析格子を固定し前記スライド領域に沿って移動する可動台と、前記第１全反射鏡、前記第２全反射鏡、前記第１回析格子、前記第１回析格子を固定した前記可動台及び前記スライド機構部を収納する密閉空間を形成する外壁を有する筐体と、この筐体の外部に設けられ、前記筐体の外壁に設けた貫通穴部を貫通して前記可動台と連結された調整棒を可動させ、前記第１回析格子と前記第２回析格子との距離を可変する調整手段とを備えたものである。
【００１４】
請求項３に係るレーザパルス圧縮装置は、前記調整手段は、入力信号に基づき前記調整棒を移動させるパルス信号を送出する位置制御回路部を具備した請求項１又は２に記載のものである。
【００１５】
請求項４に係るレーザパルス圧縮装置は、前記位置制御回路部は記憶回路部とＣＰＵを搭載し、前記パルス信号のカウント数を前記記憶回路部の記憶素子に記憶させ、カウント情報により、ＣＰＵは前記第１回析格子と前記第２回析格子との距離情報を表示する表示信号を前記筐体外部に設置した表示部に送出する請求項３に記載のものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係るレーザパルス圧縮装置によれば、短パルスレーザ装置の再生増幅器などにおいてパルス往復回数の変化に伴う分散の変化が生じた場合でも、その分散を最適に補償するように短パルスレーザ装置の回折格子間隔を調整できる効果がある。
【００１７】
また、レーザパルス圧縮装置の筐体を開放することなく第１回折格子と第２回析格子との距離（間隔）調整が可能なので筐体内の清浄度を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１によるレーザパルス圧縮装置の構成図である。図１において、１はレーザパルス光源からのレーザパルス光を入射する入力窓（入射窓）、２は入力窓１から入射したレーザパルス光を反射する第１全反射鏡、３は第１全反射鏡２で反射したレーザ光を入射し入射回析光として反射光を照射する固定配置した第１回析格子、４は第１回析格子３と平行配置した可動可能な第２回析格子、５は第１回析格子３と第２回析格子４を通過したレーザパルス光を、その高さ（紙面に垂直方向）を上げるように反射させるプリズム、６はプリズム５で折り返し反射したレーザパルス光を第２回析格子４、第１回析格子３を経由して入射させる第２全反射鏡、７は第２全反射鏡６で反射したレーザパルス光を外部に出射させる出力窓（出射窓）である。
【００１９】
８は第２回析格子４を移動させる可動台（可動部）、９は可動台８をスライドさせ、第２回析格子４と第１回析格子３との平行距離を可変するガイドとなるレール（スライド機構部）、１０は第２回析格子４と可動台８とを固定するホルダ、１１は第１全反射鏡２、第２全反射鏡６、第１回析格子３、第２回析格子４、プリズム５等を収納する筐体、１２は筐体１１の外壁から筐体１１の内部に延びた調整棒で可動台８と連結し、可動台８をスライドさせて第２回析格子を移動させるマイクロメータなどを用いた調整手段であり、１２ａは調整手段１２の距離表示部（表示部）、１２ｂは調整棒を回転移動させることで可動台８をスライドさせる調整手段１２のつまみ部である。なお、調整手段１２は筐体１１の外部に設置される。
【００２０】
次に動作について説明する。入力窓１から入射したレーザパルス光を第１全反射鏡２に入射させ、その反射光を第１回析格子３に入射させる。第１回析格子３は平板上にアルミニウム蒸着膜などに格子を設け格子間に入射したレーザパルス光を回析光として反射させる。この回析されたレーザパルス光は一定距離隔てて設置した第１回析格子３と平行な入射面を有し、第１回析格子３と同一構成の第２回析格子４に入射し、この反射光をプリズム５に入射する（実線矢印表示）。次にプリズム５で反復反射したレーザパルス光は第２回析格子４、第１回析格子３を経由して戻るが、第１全反射鏡２に遮らなれないように復路を伝播する光路を変更して直接第２全反射鏡６に入射させ、この反射光を出力窓２から取り出す（破線矢印表示）。このようにしてレーザパルス光を往復させパルス圧縮を行う。
【００２１】
互いに平行して入反射面を配置した第１回析格子３と第２回析格子４との距離（間隔）は変更可能なようにするため第２回析格子４は、第１回析格子３と平行を保ちながら可動するレール（スライド機構部）９上にホルダ１０を介して可動台８に固定される。また、可動台８はマイクロメータ１２から延びた調整棒と連結されマイクロメータ１２の距離表示部（表示部）１２ａで第２回析格子４の移動量を確認する構成となっている。距離の移動量はマイクロメータ１２のつまみ部１２ｂで調節する。
【００２２】
第２回折格子４の間隔調整は、調整棒の移動量で決まるので調整棒はつまみ部１２ｂによる粗調整と、マイクロメータ１２本体による精密調整を組み合わせて行っても良い。
【００２３】
なお、本実施の形態１では、第２回析格子４側を可動台８を用いて可動するようにしたが、第１回析格子３、第２回析格子４の入出射面を互いに平行になるように保つことにより、第１回析格子３側を可動するようにしても良く、第１回析格子３及び第２回析格子４の両方を平行に保ちながら相対的に可動するようにしても良い。
【００２４】
図２は、この発明の実施の形態１によるレーザパルス圧縮装置を搭載した短パルスレーザ装置のブロック構成図である。図２において、２０はチャープパルス出力のファイバレーザ光源、２１はパルス伸張器、２２は比較的低出力の超短パルスのパルス幅を伸張後増幅する再生増幅器、２３は再生増幅器２２で増幅されたレーザ光を時間幅の短い長短パルスに変換するレーザパルス圧縮装置である。
【００２５】
次に短パルスレーザ装置の動作について説明する。図２において、チャープパルス増幅法では、その増幅方式として再生増幅器２２が使用される。再生増幅器２２はレーザパルス増幅器の一種であり、２枚の全反射ミラーとレーザ利得媒質から構成される共振器と、レーザ増幅光の入射／出射タイミングを制御する電気光学素子により構成される。共振器内に入射した発振器からのレーザパルスは共振器内に閉じ込められ、共振器内を往復する。レーザパルスが共振器内を往復する間に、徐々に増幅が行われ、適当な往復回数にて増幅されたレーザパルスはレーザパルス圧縮装置２３に出射される。増幅されたレーザパルスの出力パワーと位相分散特性は、共振器内の往復回数、およびパルスの繰り返し周波数に依存する。増幅されたレーザパルスはレーザパルス圧縮装置２３に入射し、パルス幅が圧縮されて高いピークパルスとなる。なお、超短レーザパルスの平均出力およびパルス繰り返し周波数は、環境変化や装置の仕様変更により可変される。
【００２６】
再生増幅器２２の出力は上述のように再生増幅器２２内の往復回数を適切に設定することで変化させることができる。往復回数を変化させると、再生増幅器２２の出力パルスの分散もそれにつれて変化するが、設定往復回数における最適なパルス時間幅を得るためのレーザパルス圧縮装置に設置した第１回折格子３と第２回析格子４との距離（間隔）を予め測定しておき、所望の回折格子間隔を設定し、調整手段１２で調整することが可能である。
【００２７】
次に図１に示した調整手段１２に替えて所望の回折格子間隔を設定し、調整手段で自動調整する方法についてさらに図２を用いて説明する。１２０は自動式の調整手段であり、１２０ａは第１回析格子３と第２回析格子４との間の距離情報を表示する表示部、１２０ｂはパルス信号で駆動するサーボモータ、１２０ｃはサーボモータ１２０ｂの回転シャフトである。
【００２８】
１２０ｄはＣＰＵや記憶素子を含む記憶回路などを搭載し、外部からの制御入力信号に基づきサーボモータ１２０ｂの回転シャフト１２０ｃの正逆回転量又は移動量をサーボモータ１２０ｂにパルス回数信号で送出する位置制御回路部である。また、パルス回数信号は位置制御回路１２０ｄの記憶素子で記憶され、第１回析格子３と第２回析格子４との距離を表示するための位置表示信号を位置制御回路１２０ｄに内蔵したＣＰＵを介して送出する。
【００２９】
以上から短パルスレーザ装置のパルス往復回数の変化に伴う分散の変化が生じた場合でも、その分散を最適に補償するように回折格子間隔をレーザパルス圧縮装置で調整可能である。
【００３０】
また、レーザパルス圧縮装置の筐体１１を開放することなく第１回折格子３と第２回析格子４との距離（間隔）調整が可能なので筐体１１内の清浄度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザパルス圧縮装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーザパルス圧縮装置を搭載した短パルスレーザ装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・入力窓  ２・・第１全反射鏡  ３・・第１回析格子  ４・・第２回析格子
５・・プリズム  ６・・第２全反射鏡  ７・・出力窓  ８・・可動台（可動部）
９・・スライド機構部（レール）  １０・・ホルダ  １１・・筐体
１２・・調整手段  １２ａ・・表示部（距離表示部）  １２ｂ・・つまみ部
２０・・レーザ光源（ファイバレーザ光源）  ２１・・パルス伸張器
２２・・再生増幅器  ２３・・レーザパルス圧縮装置
１２０・・調整手段  １２０ａ・・表示部（距離表示部）
１２０ｂ・・サーボモータ  １２０ｃ・・回転シャフト（シャフト）
１２０ｄ・・位置制御回路部
【図１】
2009252824.tif 000003
【図２】
2009252824.tif 000004