JP2000187167A

JP2000187167A - 広帯域空間光位相変調器

Info

Publication number: JP2000187167A
Application number: JP10363942A
Authority: JP
Inventors: Akira Suda; 亮須田; Katsumi Midorikawa; 克美緑川
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-07-04
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: JP3460960B2

Abstract

(57)【要約】【課題】短パルス・レーザー光を発生させる場合におい
て、また、物質中を透過したり、あるいは伝搬したりす
る間に伸延してしまった短パルス・レーザー光のパルス
幅を再圧縮する場合において、分散補償を精密制御する
ことができ、かつ、幅広い波長領域において使用するこ
とができ、かつ、レーザー光のパワーの強弱にかかわら
ず使用することができることを可能にする。【解決手段】光学的透過材料から構成される複数の平行
平面板と、上記平行平面板を空間的に可動自在な状態で
整列させて支持する支持手段と、上記平行平面板の傾き
を変更する傾斜変更手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広帯域空間光位相
変調器に関し、さらに詳細には、パルス幅がおよそフェ
ムト秒（１０^−１５秒）台からピコ秒（１０^−１２秒）
台の短パルス・レーザー光のパルス幅を圧縮する際に用
いて好適な広帯域空間光位相変調器に関し、例えば、Ｘ
線顕微鏡の光源となる軟Ｘ線コヒーレント光を発生させ
るのに必要となる励起用レーザーを高強度化、短パルス
化させたり、あるいは、アブレーション作用を利用した
難加工物質の加工において、各種波長のレーザー光のパ
ルス波形を任意の形状に操作したり、あるいは、超高速
化学反応による新材料創成において高強度短パルス・レ
ーザー光を利用したりするなどの際に用いて好適な広帯
域空間光位相変調器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、チタン・サファイア・レーザ
ーをはじめとする高強度短パルス・レーザー光を発生さ
せて利用する過程においては、そのパルス幅を圧縮する
技術が重要な地位を占めている。

【０００３】即ち、およそフェムト秒台からピコ秒台の
パルス幅を持つ短パルス・レーザー光は、パルス幅に反
比例して広いスペクトル幅を有することが必須条件であ
り、短パルス・レーザー光の発生においては、幅広いス
ペクトルの各波長成分の位相を制御するパルス圧縮技術
が必要とされている。

【０００４】さらに、この短パルス・レーザー光は、物
質中を透過したり、あるいは伝搬したりすると、波長分
散によってパルス幅が伸延することが知られているが、
短パルス・レーザー光の種々の利用分野においては、こ
うして伸延されたパルス幅を再圧縮することが必要とさ
れている。

【０００５】このため、上記したように幅広いスペクト
ルを持つがパルス幅が十分に圧縮されていないパルスを
圧縮することにより短パルス・レーザー光を発生させる
手法として、また、物質中を透過したり、あるいは伝搬
したりする間に伸延してしまった短パルス・レーザー光
のパルス幅を再圧縮することにより元のパルス幅に戻す
ための手法として、様々な技術が提案されており、例え
ば、２個のプリズムからなるプリズム対、２個の回折格
子からなる回折格子対、チャープミラーあるいは液晶を
用いた空間光位相変調器などを用いることが知られてい
る。

【０００６】ここで、２個のプリズムからなるプリズム
対や２個の回折格子からなる回折格子対においては、こ
うしたプリズム対や回折格子対を用いて分散補償を行う
ことにより、短パルス・レーザー光の伸延したパルス幅
を圧縮しようとするものである。

【０００７】ところが、プリズム対を用いて短パルス・
レーザー光のパルス幅を圧縮する場合には、プリズムの
特性によって決定される限られる範囲においての低次の
分散しか補償することができないという問題点があっ
た。

【０００８】さらに、プリズム対を用いて短パルス・レ
ーザー光のパルス幅を圧縮する場合には、短パルス・レ
ーザー光のパワーの強度が高くなると、短パルス・レー
ザー光がプリズム対を通過する際に、短パルス・レーザ
ー光の自己位相変調によって再びパルス幅が伸延してし
まうという問題点もあった。

【０００９】また、２個の回折格子からなる回折格子対
を用いて短パルス・レーザー光のパルス幅を圧縮する場
合にも、上記したプリズム対の場合と同様に、回折格子
の特性によって決定される限られる範囲においての低次
の分散しか補償することができないという問題点があっ
た。

【００１０】さらに、２個の回折格子からなる回折格子
対を用いて短パルス・レーザー光のパルス幅を圧縮する
場合には、回折格子対における短パルス・レーザー光の
損失が無視できないほど大きくなり、パルス幅の圧縮を
行った後の短パルス・レーザー光のエネルギーが大きく
低減されるという問題点があった。

【００１１】そして、上記したようなプリズム対ならび
に回折格子対の問題点を解決する手法として近年知られ
ているものが、チャープミラーと称される分散補償用の
ミラーである。

【００１２】しかしながら、チャープミラーを用いて短
パルス・レーザー光のパルス幅を圧縮する場合には、チ
ャープミラーの原材料ならびにチャープミラーの製作過
程により短パルス・レーザー光の波長域の制限を受け、
当該制限された範囲における波長域の短パルス・レーザ
ー光に対してのみしか使用することができないという問
題点があった。

【００１３】ちなみに、現在用いることのできるチャー
プミラーとしては、可視域から近赤外域にかけての波長
域に用いるものしか製作されていないまた、液晶を用い
た空間光位相変調器を用いて短パルス・レーザー光のパ
ルス幅を圧縮する場合には、液晶の光学的損傷閾値が低
いために、高いピーク・パワーを備えた短パルス・レー
ザー光には使用できないという問題点あった。

【００１４】さらに、液晶を用いた空間光位相変調器を
用いて短パルス・レーザー光のパルス幅を圧縮する場合
には、液晶の光学的性質によって、可視域から近赤外線
域の範囲に限定された波長域の短パルス・レーザー光に
対してのみにしか使用することができないという問題点
があった。

【００１５】このように、幅広いスペクトルを持つがパ
ルス幅が十分に圧縮されていないパルスを圧縮すること
により短パルス・レーザー光を発生させるために、ま
た、物質中を透過したり、あるいは伝搬したりする間に
伸延してしまった短パルス・レーザー光のパルス幅を、
物質を透過したり、あるいは伝搬する前の伸延していな
い元のパルス幅に戻すために圧縮する際に用いる公知の
プリズム対、回折格子対、チャープミラーあるいは液晶
を用いた広帯域空間光位相変調器は、いずれも上記した
ような種々の問題点を内在するものであった。

【００１６】即ち、それら問題点は、プリズム対におけ
る短パルス・レーザー光の自己位相変調によるパルス幅
の再伸延、回折格子対におけるパルス幅圧縮後の短パル
ス・レーザー光のエネルギー低減、プリズム対ならびに
回折格子対における低次の分散補償、チャープミラーな
らびに液晶を用いた空間光位相変調器における使用可能
波長領域の制限、液晶を用いた空間光位相変調器におけ
る使用可能レーザー光のパワーの制限などであった。

【００１７】つまり、幅広いスペクトルを持つがパルス
幅が十分に圧縮されていないパルスを圧縮することによ
り短パルス・レーザー光を発生させる手法として、ま
た、物質中を透過したり、あるいは伝搬したりする間に
伸延してしまった短パルス・レーザー光のパルス幅を、
物質を透過したり、あるいは伝搬する前の伸延していな
い元のパルス幅に戻すために圧縮する手法としては、上
記したように従来から種々提案されているが、分散補償
を精密制御することが困難であったり、また、幅広い波
長領域において使用することできなかったり、また、レ
ーザー光のパワーの強弱にかかわらず使用することがで
きなかったりするなどという問題点があった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、短パルス・レーザー光
を発生させる場合において、また、物質中を透過した
り、あるいは伝搬したりする間に伸延してしまった短パ
ルス・レーザー光のパルス幅を再圧縮する場合におい
て、分散補償を精密制御することができ、かつ、幅広い
波長領域において使用することができ、かつ、レーザー
光のパワーの強弱にかかわらず使用することができるこ
とを可能にした広帯域空間光位相変調器を提供しようと
するものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、幅広い波長域において、レーザー光のパ
ワーの強弱にかかわらず、分散補償の精密制御が可能な
ようにしたものである。

【００２０】即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明
は、光学的透過材料から構成される複数の平行平面板
と、上記平行平面板を空間的に可動自在な状態で整列さ
せて支持する支持手段と、上記平行平面板の傾きを変更
する傾斜変更手段とを有するようにしたものである。

【００２１】ここで、上記した「光学的透過材料から構
成される複数の平行平面板」は「発明の実施の形態」の
項における「平行平面板１８」に対応し、上記した「支
持手段」は「発明の実施の形態」の項における「支持柱
１２」、「シャフト１４」ならびに「ベアリング・シリ
ンダー１６」に対応し、上記した「傾斜変更手段」は
「発明の実施の形態」の項における「バイモルフ・ピエ
ゾ・アクチュエーター２０」に対応する。

【００２２】また、本発明のうち請求項２に記載の発明
は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記
平行平面板は、石英から構成されるようにしたものであ
る。

【００２３】つまり、上記した本発明のうち請求項２に
記載の発明は、上記平行平面板を構成するものとしては
固体材料が好適であるとの発想に基づいてなされたもの
である。

【００２４】また、本発明のうち請求項３に記載の発明
は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記
載の発明において、上記傾斜変更手段は、上記平行平面
板の各々に独立かつ任意の傾きを与えるものであり、上
記傾斜変更手段によって上記平行平面板の各々が独立か
つ任意に傾けられることにより、上記平行平面板の各々
を透過するレーザー光に独立かつ任意の位相変化を与え
るようにしたものである。

【００２５】従って、本発明のうち請求項３に記載の発
明によれば、上記傾斜変更手段によって上記平行平面板
の各々が独立かつ任意に傾けられて、上記平行平面板の
各々を透過するレーザー光に独立かつ任意の位相変化を
与えることにより、複数の平行平面板にまたがって透過
する光に対して空間的な位相変調を与えることになる。

【００２６】また、本発明のうち請求項４に記載の発明
は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項
に記載の発明において、さらに、上記平行平面板に入射
するレーザー光を波長分散する波長分散手段を有し、上
記波長分散手段によって入射するレーザー光の波長分散
された各々の波長のレーザー光が前記平行平面板に入射
する際に、各々の波長成分に独立かつ任意の位相変化が
与えられることにより、パルス幅の圧縮、あるいは、パ
ルス幅の伸延、あるいは、パルス波形の制御を行うよう
にしたものである。

【００２７】従って、本発明のうち請求項４に記載の発
明によれば、平行平面板に入射されるレーザー光は波長
分散手段によって各々の波長のレーザー光に分散され
て、当該各々の波長のレーザー光が上記平行平面板の各
々に入射する際に、各々の波長成分に上記平行平面板の
各々によって独立かつ任意の位相変化が与えられ、パル
ス幅の圧縮、あるいは、パルス幅の伸延、あるいは、パ
ルス波形の制御が行われることになる。

【００２８】本発明のうち請求項５に記載の発明は、本
発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載
の発明において、さらに、上記平行平面板を透過したレ
ーザー光を集光する集光手段を有し、上記集光手段によ
って上記平行平面板を透過したレーザー光が固体材料の
表面で集光されることにより、上記固体材料の表面に周
期的構造を微細加工するようにしたものである。

【００２９】従って、本発明のうち請求項５に記載の発
明によれば、集光手段によって上記平行平面板を透過し
たレーザー光が固体材料の表面で集光されることによ
り、上記固体材料の表面に周期的構造を微細加工される
ことになる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明による広帯域光位相変調器の実施の形態の一
例を詳細に説明する。

【００３１】図１には、本発明による広帯域空間光位相
変調器の実施の形態の一例の概略構成を示す概略正面説
明図（図１（ａ）参照）および中央部分の概略側面説明
図（図１（ｂ）参照）が示されている。

【００３２】図１において、本発明による広帯域空間光
位相変調器２００は、支持台１０の上面に２本の支持柱
１２が直立して固定的に配設されており、これら２本の
支持柱１２の上端部には両者を連結するシャフト１４が
配設されており、このシャフト１４に５個のベアリング
・シリンダー１６が貫通して回動自在に軸支されてい
て、シャフト１４に対してベアリング・シリンダー１６
は可動自在となされている。

【００３３】さらに、これら５個のベアリング・シリン
ダー１６には、それぞれ石英平行平面板１８が取り付け
られている。即ち、この実施の形態においては、光学的
透過材料としては、石英が用いられているものである。

【００３４】これにより、平行平面板１８は、空間的に
可動自在な状態で整列されて支持されることになる。

【００３５】また、支持台１２に配設された２本の支持
柱１２の間には中央支持部材１７が取り付けられてお
り、この中央支持部材１７には、リード線２２を介して
コントローラー２４に電気的に接続されていて、このコ
ントローラー２４によって電気的に制御される５個のバ
イモルフ・ピエゾ・アクチュエーター２０がそれぞれ配
設されている。

【００３６】そして、５個の石英平行平面板１８と５個
のバイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター２０とはそれ
ぞれ対応して配置されるとともに、各石英平行平面板１
８の下端部と各バイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター
２０の上端部とがそれぞれ接するようになされている。

【００３７】なお、上記したようにシャフト１４にはベ
アリング・シリンダー１６が貫通して回動自在に軸支さ
れており、即ち、ベアリング・シリンダー１６はシャフ
ト１４を中心軸として回動自在なものである。

【００３８】さらに、上記したようにベアリング・シリ
ンダー１６には石英平行平面板１８が取り付けられてお
り、当該石英平行平面板１８を備えた状態においても、
当該ベアリングシリンダー１６は当該シャフト１４を中
心軸として可動自在なものである。

【００３９】ただし、この実施の形態においては、１つ
のベアリング・シリンダー１６には１枚の石英平行平面
板１８が取り付けられてり、そのような石英平行平面板
１８を備えた状態のベアリングシリンダー１６は５個用
いられている。

【００４０】また、石英平行平面板１８を備えた状態の
ベアリング・シリンダー１６は、各々独立してシャフト
１４を中心軸として可動自在なものである。

【００４１】さらに、この実施の形態においては、ベア
リング・シリンダー１６に取り付けられた石英平行平面
板１８は、石英から成る平行平面板であり、幅２ｍｍ、
長さ２０ｍｍ、厚さ１ｍｍを有するものである。

【００４２】図２に示すように石英の光の透過波長域は
およそ０．１５μｍ〜３．０μｍであり、当然のことな
がら、石英平行平面板１８の光の透過波長域も０．１５
μｍ〜３．０μｍとなる。

【００４３】そして、石英平行平面板１８は、ベアリン
グ・シリンダー１６に取り付けられて空間的に配設され
るものである。

【００４４】また、上記したように石英平行平面板１８
をそれぞれ備えた５個のベアリング・シリンダー１６
は、それぞれが独立してシャフト１４を中心軸として回
動自在となされているので、各ベアリング・シリンダー
１６にそれぞれ取り付けられた石英平行平面板１８の各
々もまた、シャフト１４を中心軸として独立して回動自
在となされているものである。

【００４５】ここで、石英平行平面板１８を傾きを変え
る傾斜変更手段として機能するものが、バイモルフ・ピ
エゾ・アクチュエーター２０である。

【００４６】バイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター２
０の下端部は、中央支持部材１７に取り付けられてお
り、各バイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター２０の上
端部は各石英平行平面板１８とそれぞれ接しているもの
である。

【００４７】そして、コントローラー２４からの電気的
な制御は、リード線２２を介してバイモルフ・ピエゾ・
アクチュエーター２０に伝えられ、バイモルフ・ピエゾ
・アクチュエーター２０は電圧を加えられると、加えら
れた電圧の大きさに応じて歪み、図１（ｂ）上矢印Ａの
方向に撓むものである。

【００４８】そして、バイモルフ・ピエゾ・アクチュエ
ーター２０はその上端部で石英平行平面板１８と接して
いるので、バイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター２０
にコントローラー２４からの制御によって電圧が加えら
れて、バイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター２０が図
１（ｂ）上矢印Ａの方向に撓むことによって、石英平行
平面板１８が図１（ｂ）上矢印Ｂの方向に傾くことにな
る。

【００４９】また、１枚の石英平行平面板１８に対し
て、１つのバイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター２０
が配設されているので、５つのバイモルフ・ピエゾ・ア
クチュエーター２０の各々に加わる電圧を、コントロー
ラー２４の制御によって任意に変更することにより、５
枚の石英平行平面板１８の各々の傾きの度合いを独立か
つ任意に変更することができる。

【００５０】以上の構成において、上記した広帯域空間
光位相変調器２００に短パルス・レーザー光が入射され
る場合について説明する。

【００５１】ここで、石英平行平面板１８に短パルス・
レーザー光が入射される場合の理解を容易にするため
に、まず、ある光学的透過材料から成る厚さｄの平行平
面板に、波長λの光が入射する場合について説明する。

【００５２】波長λの光が光学的透過材料から成る厚さ
ｄの平行平面板に垂直に入射されて、当該光学的透過材
料内を伝搬する場合には、波長λの光が単に空気中を伝
搬する場合に比べると位相が遅れることになる。そし
て、この位相変化量φは、 φ＝２πｄ／λ・（ｎ−ｎ_０）・・・（１）により求められる。

【００５３】ここで、上記した（１）式において、ｎは
波長λにおける光学的透過材料の屈折率、ｎ_０は波長λ
における空気の屈折率である。

【００５４】そして、波長λの光が光学的透過材料から
成る厚さｄの平行平面板に垂直に入射された状態から、
波長λの光が入射角θで当該平行平面板に入射するよう
に当該平行平面板を傾けると、波長λの光は入射角θで
当該平行平面板に入射することになる。

【００５５】このため、波長λの光が当該平行平面板に
垂直に入射する場合に比べると、波長λの光が当該平行
平面板内を伝搬する距離が長くなるので、位相変化量が
増大することになる。

【００５６】このとき、波長λの光の平行平面板への入
射角θと位相変化量φ（θ）との関係は、 φ（θ）＝２πｄ／λ・｛（ｎ^２−ｎ_０ ^２ｓｉｎ^２θ）^１／２−ｎ_０ｃｏｓθ｝・・・（２）により求められる。

【００５７】つまり、光学的透過材料から成る厚さｄの
平行平面板に波長λの光が入射する場合に、波長λの光
が当該平行平面板に入射する際の入射角が垂直から入射
角θに変化すると、波長λの光が平行平面板内を伝搬す
る距離が変化するために、位相変化量がφからφ（θ）
に変化する。

【００５８】ここで、波長λの光が当該平行平面板に入
射する入射角θの変化は、入射する波長λの光に対して
の光学的透過材料から成る厚さｄの平行平面板の傾きを
変えることによりもたらされることから、当該平行平面
板の傾きを変えることによって、各々の平行平面板を通
過する光に任意の位相変化量を与えることが可能とな
り、複数の平行平面板にまたがって透過する光に対して
空間位相変調が実現されることになる。

【００５９】そして、石英平行平面板１８にレーザー光
が入射される場合においても、上記したような原理に基
づき、石英平行平面板１８の傾きを変えることにより、
各々の石英平行平面板１８を通過するレーザー光に任意
の位相の遅れを与え、複数の平行平面板にまたがって透
過するレーザー光に対して空間位相変調を与えることが
できるものである。

【００６０】ここで、短パルス・レーザー光が石英平行
平面板１８に入射される際には、まず、コントローラー
２４からの電気的な制御によって、バイモルフ・ピエゾ
・アクチュエーター２０に所定の電圧が加えられ、加え
られた電圧の大きさに応じてバイモルフ・ピエゾ・アク
チュエーター２０が歪んで図１（ｂ）上矢印Ａの方向に
撓むことになる。

【００６１】そして、バイモルフ・ピエゾ・アクチュエ
ーター２０が図１（ｂ）上矢印Ａの方向に撓むことによ
って、石英平行平面板１８が図１（ｂ）上矢印Ｂの方向
に傾くことになる。

【００６２】この際に、石英平行平面板１８の傾きは、
入射されるレーザー光に応じて、コントローラー２４か
らの電気的な制御により独立かつ任意に変えられるもの
である。

【００６３】ここで、石英平行平面板１８の厚さｄ、レ
ーザー光の波長λとして、波長λにおける石英平行平面
板１８の屈折率ｎ、空気の屈折率ｎ_０とすると、石英平
行平面板１８に短パルス・レーザー光が垂直に入射され
る場合の位相の遅れφは（１）式により求められるもの
である。

【００６４】また、石英平行平面板１８にバイモルフ・
ピエゾ・アクチュエーター２０によって任意の傾きを与
えることにより、レーザー光は入射角θで石英平行平面
板１８に入射することになり、その際の入射角θと位相
の遅れφ（θ）との関係は（２）式により求められるも
のである。

【００６５】このような位相の遅れを、石英平行平面板
１８の傾きを独立かつ任意に変えることによって、石英
平行平面板１８に入射されるレーザー光に位相変調を与
えることができるようになる。

【００６６】即ち、５個の石英平行平面板１８の傾きを
独立かつ任意に変えることにより、それらを透過するレ
ーザー光に空間的な位相変調を与えることができ、これ
により各石英平行平面板１８を透過するレーザー光のパ
ルス幅を圧縮することができるようになる。

【００６７】そして、プリズムあるいは回折格子などの
分散素子を用いて、５個の石英平行平面板１８の各々に
異なる波長のレーザー光が入射するようにした場合に
は、波長毎に異なる位相の遅れ、即ち、位相変化を与え
ることが可能となる。

【００６８】この実施の形態においては、上記したよう
な石英平行平面板１８を用いることにより、石英の透過
波長域ならびに光学的損傷閾値の範囲内での分散補償の
精密制御が可能となり、真空紫外線領域から中赤外線領
域までの波長域で使用でき、レーザー光のパワー強度１
０^１１Ｗ／ｃｍ^２まで範囲のレーザー光が使用できるよ
うになる。

【００６９】即ち、この実施の形態においては、上記波
長域およびレーザー光のパワー強度範囲内のレーザー光
のパルス幅を、石英の透過波長域ならびに光学的損傷閾
値の範囲内での分散補償の精密制御のもとで、圧縮する
ことにより短パルス・レーザー光を発生させることがで
きる。

【００７０】また、上記波長域およびレーザー光のパワ
ー強度範囲内のレーザー光の伸延してしまったパルス幅
を、物質を透過、伝搬する前の伸延していない元のパル
ス幅に戻すために圧縮することができる。

【００７１】なお、上記した実施の形態においては、石
英平行平面板１８を５個用いるようにしたが、これに限
られることなしに、任意の個数の石英平行平面板１８を
用いるようにしてもよい。

【００７２】また、上記した実施の形態においては、石
英から成る石英平行平面板１８を用いたが、平行平面板
は光学的透過材料から構成されるものであればよく、例
えば、図２に示すような透過波長域を有する各種固体材
料を光学的透過材料として用いてもよい。

【００７３】また、上記した実施の形態においては、石
英平行平面板１８を傾きを変えるものとしてバイモルフ
・ピエゾ・アクチュエーター２０を用いたが、これに限
られることなしに、他の手段を用いるようにしてもよ
い。

【００７４】次に、図３ならびに図４を参照しながら、
本発明による広帯域空間光位相変調器を用いた第１の応
用例について説明する。この第１の応用例は、本発明に
よる広帯域空間光位相変調器を、例えば、Ｘ線顕微鏡の
光源となる軟Ｘ線コヒーレント光を発生させるのに必要
となる励起用レーザーを高強度化、短パルス化させたり
する際に用いる場合に当たるものである。

【００７５】図３には上記した第１の応用例の概略構成
説明図が示されており、図４には図３におけるＣ矢視図
が示されている。

【００７６】この第１の応用例は、フェムト秒レーザー
光を発振するフェムト秒レーザー発振器１００と、４５
度入射平面鏡１０２と、フェムト秒レーザー光を波長分
散しかつ出射フェムト秒レーザー光を取り出す回折格子
１０４と、回折格子１０４から凹面鏡１０６の焦点距離
をもって配設される凹面鏡１０６と、凹面鏡から凹面鏡
１０６の焦点距離をもって配設される折り返し平面鏡１
０８と、凹面鏡１０６と折り返し平面鏡１０８の間に配
設される本発明による広帯域空間光位相変調器２００
と、ビームスプリッター１１０と、自己相関計１１２と
を有して構成されている。

【００７７】フェムト秒レーザー発振器１００は、短パ
ルス・レーザー光としてフェムト秒レーザー光を出力す
るものであり、出力されたフェムト秒レーザー光は４５
度入射平面鏡１０２を介して適当な角度で回折格子１０
４に入射される（本明細書においては、回折格子１０４
に入射されるフェムト秒レーザー光を、適宜、「入射フ
ェムト秒レーザー光」と称することとする）。

【００７８】回折格子１０４は入射されたフェムト秒レ
ーザー光を波長分散するもので、それぞれの波長に応じ
て分離して異なる方向に回折するものである。その際
に、入射フェムト秒レーザー光のうち短波長成分のレー
ザー光はｃからｄ１の経路で、入射フェムト秒レーザー
光のうち長波長成分のレーザー光はｃからｄ２の経路で
凹面鏡１０６に入射される。

【００７９】凹面鏡１０６は回折格子１０４によって波
長分散された波長別のレーザー光の各々が入射するもの
である。ここで、凹面鏡１０６と回折格子１０４の間隔
を、凹面鏡１０６の焦点距離と等しくなるように配設す
ることで、凹面鏡１０６に入射した波長別のフェムト秒
レーザー光は平行光として出射される。

【００８０】折り返し用平面鏡１０８は、凹面鏡１０６
との間隔が凹面鏡１０６の焦点距離と等しくなるように
配設されて、凹面鏡１０６から出射した平行光を折り返
すものである。

【００８１】そして、本発明による空間光位相変換器２
００は、折り返し用平面鏡１０８の直前に配設され、折
り返し用平面鏡１０８から出射した平行光に、上記した
実施の形態において説明したような方法で、波長別のレ
ーザー光の各々に位相の遅れを与えるものである。

【００８２】こうして、入射フェムト秒レーザー光のう
ち短波長成分のレーザー光はｄ１から順にｅ１、ｆ１、
ｇの経路で、入射フェムト秒レーザー光のうち長波長成
分のレーザー光はｄ２から順にｅ２、ｆ２、ｇの経路で
進み、回折格子１０４上のｇにおいての集光されて出射
フェムト秒レーザ光となる。

【００８３】ちなみに、フェムト秒レーザー光のうち、
上記した短波長成分と長波長成分の中間の波長成分は、
上記した経路の中間の経路で進んで回折格子１０４上の
ｇにおいて集光されて出射フェムト秒レーザ光となる。

【００８４】ここで、回折格子１０４においては入射フ
ェムト秒レーザー光の入射するｃと出射フェムト秒レー
ザー光が出射するｇは、わずかな間隔をおいて上下方向
にずれており、これによって、入射フェムト秒レーザー
光から空間的に分離して出射フェムト秒レーザ光を取り
出すことができる。

【００８５】そして、ビームスプリッター１１０は出射
フェムト秒レーザー光の一部を反射させて自己相関計１
１２に出射するものである。

【００８６】自己相関計１１２はビームスプリッター１
１０によって入射された出射フェムト秒レーザー光のパ
ルス幅を観測するものである。観測の結果である自己相
関計１１２からの出力信号は、パーソナルコンピュータ
を用いて解析されて、当該解析した結果が本発明による
広帯域空間光位相変調器２００にフィードバックされる
ものである。

【００８７】以上の構成において、フェムト秒レーザー
発振器１００から出力されたフェムト秒レーザー光は、
４５度入射平面鏡１０２を介して回折格子１０４によっ
て波長分散されて、波長分散された入射フェムト秒レー
ザー光の各々の波長のレーザー光は凹面鏡１０６と折り
返し平面鏡１０８を介して本発明による広帯域空間光位
相変調器２００に入射される。

【００８８】そして、本発明による広帯域空間光位相変
調器２００においては、波長分散された入射フェムト秒
レーザー光の各々の波長のレーザー光が、上記石英平行
平面板１８の各々に入射され、上記石英平行平面板１８
の傾きを独立かつ任意に変えることによって位相変調が
行われる。

【００８９】ここにおいては、例えば、入射フェムト秒
レーザー光が物質中を透過、伝搬することで伸延したパ
ルス幅を有していたとして、パルス幅を圧縮して元の伸
延していない状態に戻すことも可能であるし、あるい
は、パルス幅を広げることや位相面を変えることも可能
である。

【００９０】なお、本実施例においては、フェムト秒レ
ーザー発振器１００と回折格子１０４と凹面鏡１０６と
を用いているが、これらに限られることなしに、フェム
ト秒発振器１００に代わってフェムト秒発振器・増幅器
システムを、回折格子１０４に代わってプリズムを、凹
面鏡１０６に代わって色消しレンズを用いてもよい。

【００９１】次に、図５を参照しながら、本発明による
広帯域空間光位相変調器を用いた第２の応用例について
説明する。この第２の応用例は、本発明による広帯域空
間光位相変調器２００を、例えば、アブレーション作用
を利用した難加工物質の加工において用いる場合に当た
るものである。

【００９２】この第２の応用例は、本発明による広帯域
空間光位相変調器２００と凸面鏡などのレンズ１１４と
を有して構成されるものである。

【００９３】本発明による広帯域空間光位相変調器２０
０に入射するレーザー光は、高出力パルスレーザーであ
り、紫外線領域で発振するエキシマレーザーあるいは可
視域・近赤外域で発振する固体レーザーの高調波を用い
るものである。

【００９４】本発明による広帯域空間光位相変調器２０
０は、上記石英平行平面板１８の傾きを独立かつ任意に
変えることによって、入射するエキシマレーザーあるい
は可視域・近赤外域で発振する固体レーザーの高調波に
対してπの位相差、すなわち、半波長の位相差を与える
ものである。

【００９５】そして、凸面鏡などのレンズ１１４は、半
波長の位相差を与えられた本発明による広帯域空間光位
相変調器２００からの透過レーザー光を、固体材料の表
面に集光するものである。

【００９６】以上の構成において、レーザー光は本発明
による広帯域空間光位相変調器２００によって半波長の
位相差を与えられて、凸面鏡などのレンズ１１４によっ
て固体材料の表面で集光される。

【００９７】こうして、固体材料の表面には周期的構造
が微細加工されるものである。ここで、加工対象物とし
ては石英や、半導体素子などの難加工物質を用いること
が可能である。

【００９８】従って、例えば、ファイバー・グレーティ
ングや、あるいは、ホログラフィック・グレーティング
（ホログラフィック回折格子）、半導体の一次元量子井
戸構造の作成などが可能となる。

【００９９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、短パルス・レーザー光を発生させる場合に
おいて、また、物質中を透過したり、あるいは伝搬した
りする間に伸延してしまった短パルス・レーザー光のパ
ルス幅を再圧縮する場合において、分散補償を精密制御
することができ、かつ、幅広い波長領域において使用す
ることができ、かつ、レーザー光のパワーの強弱にかか
わらず使用することができることを可能にした広帯域空
間光位相変調器を提供することができるという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による広帯域空間光位相変調器の実施の
形態の一例の概略構成を示す説明図であって、（ａ）は
概略正面説明図であり、（ｂ）は（ａ）の中央部分の概
略側面説明図である。

【図２】各種固体材料の透過波長域を示す説明図であ
る。

【図３】本発明による広帯域空間光位相変調器を用いた
第１の応用例を示す概略構成説明図である。

【図４】図３におけるＣ矢視図である。

【図５】本発明による広帯域空間光位相変調器を用いた
第２の応用例を示す概略構成説明図である。

【符号の説明】

１０支持台１２支持柱１４シャフト１６ベアリング・シリンダー１７中央支持部材１８石英平行平面板２０バイモルフ・ピエゾ・アク
チュエーター２２リード線２４コントローラー１００フェムトム秒レーザー発
振器１０２４５度入射平面鏡１０４回折格子１０６凹面鏡１０８折り返し用平面鏡１１０ビームスプリッター１１２自己相関計１１４レンズ２００広帯域空間光位相変調器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的透過材料から構成される複数の平
行平面板と、前記平行平面板を空間的に可動自在な状態で整列させて
支持する支持手段と、前記平行平面板の傾きを変更する傾斜変更手段とを有す
る広帯域空間光位相変調器。
【請求項２】請求項１に記載の広帯域空間光位相変調
器において、前記平行平面板は、石英から構成されるものである広帯
域空間光位相変調器。
【請求項３】請求項１または２のいずれか１項に記載
の広帯域空間光位相変調器において、前記傾斜変更手段は、前記平行平面板の各々に独立かつ
任意の傾きを与えるものであり、前記傾斜変更手段によって前記平行平面板の各々が独立
かつ任意に傾けられることにより、前記平行平面板の各々を透過するレーザー光に独立かつ
任意の位相変化を与えるものである広帯域空間光位相変
調器。
【請求項４】請求項１、２または３のいずれか１項に
記載の広帯域空間光位相変調器において、さらに、前記平行平面板に入射するレーザー光を波長分散する波
長分散手段を有し、前記波長分散手段によって入射するレーザー光の波長分
散された各々の波長のレーザー光が前記平行平面板に入
射する際に、各々の波長成分に独立かつ任意の位相変化
を与えることにより、パルス幅の圧縮、あるいは、パルス幅の伸延、あるい
は、パルス波形の制御を行うものである広帯域空間光位
相変調器。
【請求項５】請求項１、２または３のいずれか１項に
記載の広帯域空間光位相変調器において、さらに、前記平行平面板を透過したレーザー光を集光する集光手
段を有し、前記集光手段によって前記平行平面板を透過したレーザ
ー光が固体材料の表面で集光されることにより、前記固体材料の表面に周期的構造を微細加工するもので
ある広帯域空間光位相変調器。