JP2003500861A

JP2003500861A - 受動モードロックフェムト秒レーザー

Info

Publication number: JP2003500861A
Application number: JP2000620707A
Authority: JP
Inventors: デコルジー、トーマス; バーテルス、アルブレヒト; クルツ、ハインリッヒ
Original assignee: ギガオプティクス・ゲーエムベーハー
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2003-01-07
Also published as: EP1181753A1; US6618423B1; WO2000072412A1; ATE231294T1; EP1181753B1

Abstract

(57)【要約】本発明は、ａ）レーザーアクティブエレメントと、ｂ）レーザーアクティブエレメントによって増幅可能な光スペクトルの連続する部分に対して、誘電性ミラー２の群速度分散とレーザーアクティブエレメント１の正の群速度分散との合計が負となる、すなわち【数１】となる負の群速度分散ＧＶＤを有する少なくとも誘電性ミラー２と、ｃ）レーザーアクティブエレメントに空間的に隣接し、凹部表面がレーザーアクティブエレメントに向けて方位付けされた２つの凹面ミラー２１及び２２と、ｄ）光出力カップラ３とを備えるリング共振器を持つ受動モードロックフェムト秒レーザーに関する。共振器内の光路長は６０ｃｍ未満であり、好適には３０ｃｍ未満、特には１５ｃｍ未満であり、凹面ミラー２１と２２のそれぞれの焦点距離ｆ２１とｆ２２は３ｃｍ未満であり、好適には２ｃｍ未満、特には１．５ｃｍ以下であり、フェムト秒パルスの高速繰り返し発生を達成可能である。さらに、本発明は、連続チューニング可能高速繰り返しフェムト秒レーザーと、フェムト秒パルスの高速繰り返し発生のためのその使用方法と、そのチューニング方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、レーザーアクティブエレメント、光出力カップラ及び少なくとも１
つのミラーリングエレメントを備えたリング共振器を有する受動モードロックフ
ェムト秒レーザーに関する。さらに、本発明は、請求項７の前文によるフェムト
秒レーザーに関し、さらに、請求項１の前文によるフェムト秒レーザーに関する
。さらに、本発明は、フェムト秒レーザーをチューニングする方法に関する。ま
た、本発明は、１ピコ秒未満の持続時間を持つレーザーパルスを発生するための
フェムト秒レーザーの使用法に関する。

【０００２】受動モードロックフェムト秒レーザーシステムの場合、パルス繰り返し速度は
、数１００ＭＨｚの範囲という比較的高い値になり得る。しかしながら、このよ
うなレーザーシステムは、高繰り返し速度のシステムとは呼ばれないが、それは
、その繰り返し速度が５００ＭＨｚを越えないからである。パルス持続時間が極
めて低いため、パルスのピーク強度は高い。今日のフェムト秒レーザーは、時間
分解分光学、非線形光学、多光子分光学、微細材料工学、光周波数測定法及び光
コヒーレンストモグラフィなどの分野で用いられて成功している。さらに将来、
このようなレーザーはまた、光データ通信の分野で重要な役割を果たすであろう
。

【０００３】従来の受動モードロックフェムト秒レーザーシステムは、レーザーアクティブ
エレメントとしてチタンドープサファイア結晶を用いて動作している。この結晶
は、光励起されると、７００から１０００ｎｍの範囲の広い蛍光スペクトルを生
じる。この結果、それに相応する範囲の利得プロフィールがもたらされるが、こ
れは、Ｔｉ：サファイアレーザーシステムが、前記の波長範囲のレーザー光を発
生するのに適していることを意味する。

【０００４】超短波レーザーパルスを発生するには、時間ドメインが短いレーザーパルスが
広い周波数スペクトルと相互関連していなければならない。この理由のため、広
い利得プロフィールを持つレーザーエレメントだけが、超短波パルスの発生に適
している。

【０００５】ソリッドステートレーザーアクティブエレメントを持つ現在まで知られている
あらゆる受動モードロックフェムト秒レーザーシステム（ＣＰＭ色素レーザーも
また受動モードロック式である）は、「カーレンズモードロック」という方式に
基づいて動作している。この非線形光効果の結果として、非線形媒体中での集中
光ビームの自己収束のため、レーザーが連続動作する場合と比較して、共振器中
での往復運動の間でレーザーアクティブエレメント内で単一パルスの一時的利得
が発生する。

【０００６】このようなフェムト秒レーザーシステムの繰り返し速度は、共振器中で循環す
るパルスの往復運動の持続時間によって決定される。

【０００７】しかしながら、共振器中を循環するパルスの持続時間は、理論的限界までは達
しないが、この理論的限界は、レーザーアクティブエレメントの利得プロフィー
ルの幅によって決定される。これはパルス広がりという現象によって引き起こさ
れるが、この現象は、特にレーザーアクティブエレメント中のレーザーパルスが
、共振器中を往復運動する際に経験するものである。この効果の原因は、レーザ
ーアクティブエレメント、さらに共振器中の光学コンポーネントがいわゆる正群
速度分散することである。その結果、循環パルスの波長の様々な部分が、変動す
る時間期間内でレーザーアクティブエレメントを通過し、このため、レーザーア
クティブエレメント内を通過するレーザーの持続時間が広がる。

【０００８】レーザーアクティブエレメント及び共振器内のさらなる光学コンポーネントの
正群速度分散によって引き起こされたパルス広がりを補償する基本的方式は、こ
れらのレーザーアクティブエレメント及びさらなる光学コンポーネントによって
引き起こされたパルス広がりを少なくとも補償する負の群速度分散を含むレーザ
ー共振器内の装置を用いることである。

【０００９】例えば、レーザー共振器内で２つの分散エレメント、例えば２つのプリズムか
ら成る装置、いわゆるプリズム補償器が従来技術では周知である。

【００１０】プリズム補償器を持つ「カーレンズモードロック」Ｔｉ：サファイアレーザー
に基づいて動作するフェムト秒レーザーシステムの基本は、例えば、１９９１年
発行のＤ．Ｅ．Ｓｐｅｎｃｅ、Ｐ．Ｎ．Ｋｅａｎ、Ｗ．Ｓｉｂｂｅｔによる光学
文献（ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）の４２ページ以降の出版物からも知られ
る。

【００１１】最近では、前記のプリズムやプリズム補償器の代替物として、負の群速度分散
を示す誘電性ミラーが開発されている。これは、基板上に誘電性層を適切に連続
的に積層する事によって達成されるものである。その基本的概念は、１９９４年
発行の光学文献（ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）の１９ページ以降のＲ．Ｓｚ
ｉｐｅｃｓ、Ｋ．Ｆｅｒｅｎｃｚ、Ｃｈ．Ｓｐｉｅｌｍａｎｎ、Ｆ．Ｋｒａｕｓ
ｚによる出版物から知られる。

【００１２】負の群速度分散ＧＶＤを持つこのようなミラーをレーザー共振器内で用いると
、重要な利点が得られるが、それはすなわち、上記の複数プリズム又は単一プリ
ズム式の補償器とは対照的に、共振器中で光路はあまり対しては長くならないこ
とである。

【００１３】前記のミラーを用いて動作するフェムト秒レーザーシステムは、例えば、（１
９９６年、Ｏ．Ｓ．Ａ．、ワシントンＤ．Ｃ．（ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＤ．Ｃ
））の１９９６年発行のＯＳＡ技術ダイジェストシリーズのレーザーと電子光学
に関する会議第９回中のｈ．Ｓｔｉｎｇｌ、Ｃｈ．Ｓｐｉｅｌｍａｎｎ、Ｒ．Ｓ
ｚｉｐｏｅｃｓ、Ｆ．Ｋｒａｕｓｚによる出版物に見受けられる。

【００１４】「カーレンズモードロック」現象に基づくＴｉ：サファイアフェムト秒レーザ
ーシステムはそのほとんどが、ファブリペロー共振器を備えているが、この共振
器は、平面端ミラーと、特に折り曲げ構成にその際だった特徴がある。このよう
な種類の構成においては、プリズムなどパルス圧縮に属するエレメントは、共振
器の一方のアーム中に単に割り当てられる。このような共振器の全長は、一般的
には２メートル範囲にある。その結果、一般的なパルス繰り返し速度は、通常は
１００ＭＨｚ未満の数メガヘルツの範囲となる。このようなレーザーシステムは
、高繰り返し速度を有するとは言えない。

【００１５】Ａ．Ｓｔｉｎｇｌらによる上記の出版物から、例えば受動モードロックＴｉ：
サファイアフェムト秒レーザーシステムが知られるが、これは、ファブリペロー
共振器に基づいており、また、負の群速度分散ＧＶＤを有するミラーを利用して
いる。

【００１６】さらに、米国特許第５，３８３，１９８号から、プリズム圧縮器とリング共振
器を有する自己始動式受動モードロックフェムト秒レーザーシステムが知られ、
また、米国特許第５，７９９，０２５号からは、プリズム圧縮器とファブリペロ
ー共振器を有する自己始動式受動モードロックフェムト秒レーザーシステムが知
られる。

【００１７】そのそれぞれの共振器の形状のため、既述のレーザーシステムのどれもが、５
００ＭＨｚを上回るパルス繰り返し速度を達成し得ず、したがって、これらのレ
ーザーシステムは、高繰り返し速度を有するとは言えない。

【００１８】代替の方式としては、光学文献（ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）１９の１７
５６ページ以降（１９９４年）のＭ．ＲａｍａｓｗａｍｙとＪ．Ｇ．Ｆｕｊｉｍ
ｏｔｏによる出版物から知られるものがある（米国特許第５，５５３，０９３号
も参照）。この方式は、特定のプリズム圧縮器を利用した簡略化された共振器構
成に基づいている。従来のように共振器内でプリズムを対で使用するのではなく
、プリズム形状のレーザー結晶とプリズム形状の出力カップラを用いる。ファブ
リペロー共振器として構成されたレーザー共振器の特定的な形状と簡略化された
プリズム圧縮器とによって、共振器の長さを約３０ｃｍまで短縮化し、これによ
って、１ＧＨｚという繰り返し速度を達成している。

【００１９】この方式の不利点は、出力ビーム中で、レーザーパルスの重ね合わされた様々
なスペクトル成分が、レーザービームの方向に直行する空間方向に離散して広が
り（「空間チャープ」）、これが、このようなレーザー方式の実用化を少なくと
も複雑化してしまう。

【００２０】事実、共振器の内側に置かれているプリズム圧縮器は、１ＧＨｚより高い繰り
返し速度が達成されそうにない又は不可能でさえあり得るような共振器の最小長
さを強いるものである。

【００２１】負の群速度分散に加えて、プリズム圧縮器は、共振器の１部において、共振器
中を循環しているレーザーパルスの様々な空間成分を空間的分割させる。波長の
選択は、スペクトル成分が空間的に分割されるような共振器の領域内にある適切
で再配置可能なアパーチュアを用いることによって達成され得る。波長をこのよ
うに選択するために、共振器はレーザーのアクティビティを容易化する。これに
よって、波長のチューニング機能が達成される。このような種類の装置が、例え
ば、カリフォルニア州マウンテンビル市（ＭｏｕｎｔａｉｎＶｉｅｗ，Ｃａｌ
ｉｆｏｒｎｉａ）のスペクトル物性社（ＳｐｅｃｔｒａＰｈｙｓｉｃＣｏｍ
ｐｎａｙ）のフェムト秒レーザーシステム「ツナミ」から知られる。

【００２２】しかしながら、上記のレーザーシステムの内のどれをも持たないそれぞれの共
振器形状のため、５００ＭＨｚを越えるパルス繰り返し速度と、同時に波長チュ
ーニング機能を達成することが可能である。したがって、これらのレーザーシス
テムは、高繰り返し速度を持つとは言えない。

【００２３】したがって、本発明の目的は、１ピコ秒未満の持続時間を有するレーザーパル
スを発生可能であり、同時に、５００ＭＨｚ、特に１ＧＨｚを越える繰り返し速
度で利便性良く操作可能な受動モードロック高速繰り返しフェムト秒レーザーを
提供することである。本発明の第１の変形例によるレーザーシステムは、特にこ
のようなレーザーパルスを発生するために用いなければならない。

【００２４】さらに、このようなレーザーシステムは、レーザーアクティブ媒体の利得プロ
フィールの範囲内にあり、１ピコ秒未満の持続時間を持ち、連続的にチューニン
グ可能なレーザーパルスを発生し、また、５００ＭＨｚを越える、特に１ＧＨｚ
を越える繰り返し速度で利便性良く動作可能であるように適用されよう。本発明
の第２の変形例によるレーザーシステムは、特にこのようなレーザーパルスを発
生させる目的で使用されよう。

【００２５】このようなレーザーシステムでは、レーザー共振器からカップリング出力され
たレーザービームは、レーザービームの方向に垂直なスペクトル成分の空間的ひ
ろがりを煩わないだろう。

【００２６】さらに、このようなシステムに要する専有面積は、従来技術によるレーザーシ
ステム、特に市販されているレーザーシステムと比較してかなり減少するであろ
う。

【００２７】加えて、高速繰り返しレーザーシステムをチューニングする特殊で適切な方法
が提供されよう。

【００２８】そのような目的を解決するために本発明はその第１の変形において、請求項７
の序文に従う受動モードロックフェムト秒レーザーに進む。

【００２９】そのようなフェムト秒レーザーは２つの凹面ミラーの凹面のあいだに位置付け
されたレーザーアクティブエレメントを備えている。共振器はさらなるミラー又
は他の光学エレメント例えば平面ミラーを備えている。それぞれのリング共振器
はさらに少なくとも１つの誘電性ミラー、すなわちそれらの１つ又は複数を備え
ている。誘電性ミラーは負の群速度分散ＧＶＤを有する。レーザーアクティブエ
レメントによって増幅することが可能な光スペクトル範囲の隣接部分に対して、
誘電性ミラー（又は、その場合複数の誘電性ミラー）の負の群速度分散ＧＶＤ及
びレーザーアクティブエレメント（及び、その場合さらなる光学エレメント）の
正の群速度分散ＧＶＤの合計が負となるように、負の群速度分散ＧＶＤを適合さ
せる。これは次のことを意味する、

【数３】

【００３０】フェムト秒レーザーパルスの発生にとってこれは基本的な仮定である。さらに、
光出力カップラが共振器内に配置される。

【００３１】本発明の第１の変形例に従えば、共振器内の光路長は６０ｃｍより、特に３０
ｃｍより、なお特に１５ｃｍより短い。これらの光路長の結果、パルス繰り返し
速度は好都合にも５００ＭＨｚ、特に１ＧＨｚ、なお特に２ＧＨｚを超える。さ
らに、レーザーアクティブエレメントに隣接して位置付けされた凹面ミラーの焦
点距離は、３ｃｍ未満に、特に２ｃｍ未満に、なお特に１．５ｃｍ以下になるよ
うに選択される。そのようなレーザーを用いると、フェムト秒パルスを有する高
い繰り返し速度でパルシングされたレーザー動作が得られるので、そのフェムト
秒レーザーは高速繰り返しフェムト秒レーザーである。

【００３２】これらの特徴を備える受動モードロック高速繰り返しフェムト秒レーザーは、
１連の重要な長所を備えている。線形Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ共振器の変わりに
リング共振器を用いることによって、共振器長の大幅な縮小が可能になり、それ
は高い繰り返し速度を得るための前提となる。

【００３３】従来のプリズム圧縮器又は格子圧縮器の代わりに負の群速度分散ＧＶＤをもつ
誘電性ミラーを用いることによって、リング共振器の長さをさらに短縮すること
ができる。それによって共振器の幾何学的長さを１０ｃｍ以上短縮することがで
き、それに伴ってパルス繰り返し速度が増大する。

【００３４】さらに本発明は凹面ミラーを用いることによって実現され、それらの凹面ミラ
ーは特にレーザーアクティブエレメントに隣接して配置されており、また請求項
７の特徴部分に従って前述した所定範囲内にあるその焦点距離の量によって、レ
ーザーアクティブエレメント内の共振器モードのビーム径を実現することが可能
になり、それはより長い幾何学的長さを有する従来のＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ共
振器又はリング共振器の共振器モードの進化に匹敵する。

【００３５】レーザーアクティブエレメント内の共振器モードの、特にレーザーアクティブ
エレメント内のビームウェストのそのように小さな直径は、レーザーパルスを効
果的に発生させるための基本的な条件である。これは特に受動モードロックレー
ザーシステム内の超短波パルスを発生させる前述した両方の基本的効果にとって
基本的な条件である。これらの基本的効果は、非線形媒体内の、特に共振器のレ
ーザーアクティブエレメント等のレーザーアクティブ媒体内のいわゆる自己位相
変調ＳＰＭ及びいわゆる自己振幅変調ＳＡＭである。これら両方の効果はさらに
いわゆるカー効果によって引き起こされる。局所的光強度に対する屈折率の依存
性はカー効果と呼ばれる。

【００３６】レーザー結晶内で発生する自己位相変調ＳＰＭは量Φによって特徴付けられ、
また到達最小パルス幅τにとって基本的ものである。その関係は次式を満たす。

【００３７】

【数４】

【００３８】ここでＤは、共振器内の全ての光学エレメントについて合計した群速度分散ＧＶ
Ｄであり、

【数５】

【００３９】Ｅｐは、パルスエネルギーである。

【００４０】自己位相変調Φの大きさは基本的に、レーザー結晶内のビーム半径ｗの自乗に
比例する。したがってレーザー結晶内の好ましくは高強度を実現するために、レ
ーザーアクティブエレメント内の共振器モードの好ましくは小さいビーム直径を
実現すること、特にレーザーアクティブエレメント内の好ましくは小さい直径を
もつビームウェストを実現することが不可避である。前記の最大共振器長に適応
した焦点距離をもつ凸面ミラーを用いることによって、この特定の効果が本発明
に従って達成される。

【００４１】その結果さらに、レーザー共振器から出てカップリングされるレーザービーム
はビーム方向と直交するスペクトル成分の空間的ひろがりを有しないという長所
がもたらされる。

【００４２】さらに、提案されているレーザーシステムの必要な占有面積は、共振器の幾何
形状の巧みな選択によって実現された従来技術の周知のレーザーシステムと比較
して、特に市販のレーザーシステムと比較して大幅に縮小される。

【００４３】さらに目的を解決するために本発明はその第２の変形例において、請求項１の
序文に従う受動モードロックフェムト秒レーザーから進む。これは特に、レーザ
ーアクティブ媒体の利得プロフィール内での連続的にチューニング可能なレーザ
ーパルスの発生に関している。

【００４４】本発明の第２の変形例に従うそのようなフェムト秒レーザーは本発明の第１の
変形例と同様に、２つの凹面ミラーの凹面のあいだに置かれたレーザーアクティ
ブエレメントを備えている。第１の変形例で述べられたリング共振器のさらなる
特徴（少なくとも誘電性ミラー、２つの凹面ミラー及び出力カップラ）に加えて
、第２の変形例は自己収束エレメント及びプリズムエレメントを備えている。

【００４５】本発明の第２の変形例に従えば、共振器内の光路長は６０ｃｍ未満、より有効
的には３０ｃｍ未満、特に１５ｃｍ未満となるように構成される。これらの光路
長の結果、パルス繰り返し速度は好都合にも５００ＭＨｚ、特に１ＧＨｚ、さら
に２ＧＨｚより大きくなる。さらに、レーザーアクティブエレメントに隣接して
配置された凹面ミラーの焦点距離は、３ｃｍ未満、特に２ｃｍ未満、さらに１．
５以下になるように選択される。さらに、少なくとも誘電性ミラー又は出力カッ
プラ又は他の全てのミラーを傾斜させることができ、プリズムエレメントの空間
的分散に関連したその傾斜角によって、波長は有効に連続的にチューニング可能
となるので共振器のレーザー動作が可能になる。

【００４６】またそのようなレーザーを用いると、フェムト秒パルスの高速繰り返しレーザ
ーパルス動作が達成さるので、そのようなレーザーは高速繰り返しフェムト秒レ
ーザーである。さらに、提案されている高速繰り返しフェムト秒レーザーは連続
的にチューニングすることが可能である。共振器は、共振器内の光循環の異なる
スペクトル成分を空間的に分離する機能を有するプリズムエレメントを備えてい
る。スペクトル成分が分離されている平面と直交する軸上で傾斜可能なミラーに
関連して、最も高い全体的利得が共振器内で得られるような波長の選択がその傾
斜によって可能になる。この波長がレーザーの動作波長である。

【００４７】チューニング可能性は、ある程度の消費を伴うだけでほとんどのフェムト秒レ
ーザーシステムで達成することが可能であり、またそれは（例えば、場所を取り
またパルスのひろがりを大幅に支えるプリズム圧縮器を用いることによって）一
般的にパルス持続時間及び繰り返し速度を犠牲にして達成されるが、それでも、
波長チューニング可能フェムト秒レーザーを提供するためには特に有効である。
その理由は、そのようなレーザーは所望の応用例の要件に対する基本的な利得プ
ロフィールの範囲内の光波長に適合することができるからである。これは本発明
の第２の変形例に従うフェムト秒レーザーを用いて特別な洗練され単純な方法で
実現された。その理由は、提案されている連続チューニング可能高速繰り返しフ
ェムト秒レーザーは本発明の第１の変形例に従うレーザーの長所をも備えている
からである。特に、高い繰り返し速度、コンパクト性、チューニング可能性及び
フェムト秒動作を組み合わせて実現されているからである。

【００４８】したがって、レーザーアクティブエレメントはまた自己収束エレメントとして
も機能する、すなわちレーザーアクティブエレメントと自己収束エレメントは同
じであるということは、本発明の特に第２の変形例のさらに進化した構成に従う
長所である。例えばこれはチタンサファイアレーザーの場合である。

【００４９】共振器を非線形エレメントと効果的に組み合わせて構成して、パルシングされ
たレーザー動作によって連続動作モードの場合よりも高レベルのエネルギー効率
をレーザーアクティブエレメントから生み出すことが可能になる。

【００５０】最小偏向の条件下でプリズム表面に入射する光ビームは、レーザーアクティブ
媒体によって増幅することが可能な波長でブリュースター角度内で入射し、また
その角度で出力表面から出現するように、プリズムエレメントを構成するのが効
果的である。

【００５１】さらにそのような選択的なプリズムエレメントの場合、レーザーアクティブ媒
体によって増幅可能な波長をもちブリュースター角度でプリズム表面に入射する
光ビームは、基本的に出力表面から出現するように構成される。したがって反射
防止層が出力表面に適用され、それはレーザーアクティブ媒体によって増幅可能
なそれらの波長に適合する。前述した本発明のさらに進化した構成は特に本発明
の第２の変形例に及びさらに本発明の第１の変形例に適用することができる。

【００５２】特に本発明の第１の及び第２の変形例に従うさらに進化した構成では、光学的
に安定な共振器が構成されるようにその全てのさらなるパラメータが選択される
ことがわかる。

【００５３】レーザーアクティブエレメントに空間的に隣接する凹面ミラーの焦点距離が基
本的に同様の方法で選択された場合、特に効果的なレーザーシステムが得られる
ことがわかった。これは主にレーザー共振器の基本的に軸方向の対称的構成によ
って可能になる。

【００５４】本発明に従うレーザーシステムのさらに好ましい展開においては、凹面ミラー
の互いに対する幾何学的距離は凹面ミラーの焦点距離の合計よりも小さくなるよ
うに選択される。凹面ミラーの互いに対する距離ｄをゆっくり変化させながらも
共振器の他の幾何形状を一定に保持することによって、この距離の間隔をレーザ
ー共振器の安定的な動作が可能となる範囲内で決定することが可能となる。その
ような間隔は凹面ミラーの距離に対して基本的に対称に配置され、その距離は凹
面ミラーの焦点距離の合計に正確に対応する。

【００５５】凹面ミラー相互間の距離ｄが凹面ミラーの焦点距離の合計よりも小さくなるよ
うに選択されている場合は、受動モードロック状態における特別に安定的な動作
が可能になる。その結果、受動モードロックにとって基本的なカー効果の進化に
対して正の効果が働く。

【００５６】レーザーアクティブエレメントが対称的にではなくて請求項１０の特徴に従っ
て隣接凹面ミラー間に配置されている場合、この効果は強められる。このような
レーザーアクティブエレメントの配置が実現された場合、レーザー結晶内のビー
ムの直径は減少し、パルスの瞬時出力は増大する。この効果はまたカー効果に基
づいており、またそれが共振器と比較してより強度のポンプレーザービームの収
束力と組み合わされた場合、「平滑アパーチャ」の形成と呼ばれる。それはまた
安定した受動モードロックパルス動作を支える。

【００５７】本発明に従うレーザーシステムのさらに進化した構成においては、凹面ミラー
間の距離ｄは、それらの焦点距離の合計よりも大きくなるように選択される。こ
の場合、レーザーアクティブエレメントの「平滑アパーチャ」の発生は観測され
ないかもしれない。しかしながら、その代わりにいわゆる「ハードアパーチャ」
をリング共振器内に置いて、それを例えばリングアパーチャとして構成すること
ができる。特にそのようなハードアパーチャは共振器内で、共振器モードが比較
的小さい直径を有し比較的大きな瞬時出力を有するように配置される。

【００５８】本発明に従うレーザーシステムは、レーザーアクティブエレメントとしてのチ
タンドープサファイア結晶とともに用いられるのが効果的であることが明らかに
なった。それにもかかわらず、フェムト秒レーザーパルスの発生を理論的に可能
にするのに十分広い利得スペクトルをもつ他のレーザーアクティブエレメントを
用いることがさらにまた可能である。特に請求項１２のレーザーアクティブエレ
メントをここで説明する。

【００５９】レーザーアクティブエレメントへの光ポンピングを提供するために、特にレー
ザーアクティブエレメントの最大吸収にチューニングされる例えばアルゴンイオ
ンレーザーを用いることができる。

【００６０】本発明に従うレーザーシステムの特に効果的に進化した構成においては、ソリ
ッドステートレーザーシステムをポンプレーザーとして用い、その波長スペクト
ルはレーザーアクティブエレメントの吸収スペクトルに適合するように選択され
る。特に請求項１３で説明されている周波数２倍化ソリッドステートレーザーシ
ステムがここでは適している。ポンプレーザーとして本来的に低雑音のソリッド
ステートレーザーシステムを用いることによって、本発明のレーザーシステムか
ら発生するパルシングされたレーザー放射線の強度の変動を効果的に生じさせる
。

【００６１】さらに、本発明のレーザーシステムによる比較的良好な効率で受動モード内パ
ルス化動作を安定的にサポートするには、光出力カップラのアウトカップリング
度Ｔは５％未満であるべきであり、好適には３％未満、特に２％以下である。ア
ウトカップリング度Ｔが高くなると、レーザーシステムの量子効率が増し、アウ
トカップリング度Ｔが減ると、本発明のレーザーシステムが受動モードロックパ
ルスか動作モードに設定される。出力カップラは、好適には、空間反射式、特に
誘電性ミラーとして構成される。

【００６２】代替例として、また、他のアウトカップリング、例えば、界面上での共振器モ
ードの内部全体反射に起因する減衰波のアウトカップリングの可能性もある。こ
のような構成では、アウトカップリング度は、特定の境界内で自由に変動する。

【００６３】本発明のレーザーシステムのさらなる展開構成においては、リング共振器の全
てのミラーは、負の群速度分散ＧＶＤを有する。それぞれ、レーザーアクティブ
エレメントによる正の群速度分散ＧＶＤのディメンジョンによっては、負の群速
度分散ＧＶＤを持つたった１つのミラーを、レーザー共振器中で用いる。特にま
た、アウトカップリングミラーは、負の群速度分散ＧＶＤを有することがある。

【００６４】本発明のレーザーシステムの特に利点ある展開構成では、共振器の非点収差が
補償されるように共振器を構成する。これは、共振器の形状、特に、凹面ミラー
の反射角度を適切に選択することによって実現される。特に、レーザーアクティ
ブエレメント中で円形の断面形状を持つビームウェスト及び／又は円形断面形状
を持つレーザー共振器からカップリング出力されたビームが、このようにして実
現され得る。特に、リング共振器の光学長が１ｃｍを越えるように、好適には２
ｃｍを越えるように、特には３．５ｃｍを越えるように選択されると、非点収差
の補償にとっては特に有利である。この理由は、波長が短い場合、レーザーアク
ティブエレメントの非点収差を補償するには、凹面ミラーにおける反射角度を極
端に高くしなければならないからである。

【００６５】リング共振器の全てのエレメントを共通の取り付けプラットフォーム上に機械
式に配置すると、本発明のレーザーシステムを用いることによる特に実用的な利
点が得られる。特に、光学コンポーネントをモノリシックなブロック中に取り付
けることが可能となる。

【００６６】本発明のレーザーシステムの特別な利点は、５００ＭＨｚから約１０ＧＨｚに
及ぶ高パルス繰り返し速度に基づいている。さらなる利点は、必要とされる専有
面積、すなわち占有空間が、従来型のレーザーシステムと比較してかなり減少す
ることである。光学テーブル上の経費が高いスペースが節約される。最後に、信
号対雑音比関連の強度変動が、従来型と比較して、特にガスレーザーポンプレー
ザーシステムと比較して１０桁以上改善される。さらに、共振器からカップリン
グ出力されたレーザービームは、ビーム方向と直交するスペクトル成分の拡散が
全くない。またさらに、本発明のある変形例では、本発明のレーザーシステムを
連続的にチューニングする機能が提供される。

【００６７】図１は、レーザー結晶の領域内にある共振器内のビーム軸の位置の関数として
の、２メートルの共振器長をもつ従来型長尺共振器における共振器モードの経過
を表す。比較として、１ＧＨｚのパルス繰り返し速度に最適化された長さをもち
、しかし共振器の幾何形状に適応していない従来型共振器の共振器モードの経過
が表されている。挿入図は、従来型長尺共振器の共振器長の単純な短縮によって
原理的にパルス繰り返し速度が増大するがレーザーアクティブ元素内の共振器モ
ードのビームの直径を増大させることを示している。これによってパルスの発生
に基本的なものであるカー効果が否定的な仕方でもたらされ、特にレーザーアク
ティブエレメント内でカーレンズが否定的な仕方で形成される。したがって従来
の長尺共振器の共振器長の単純な切り捨ては一般に、レーザーのパルス動作が全
く得られないか又は少なくとも安定したパルス動作が得られないという結果をも
たらす。したがって、より高いパルス繰り返し速度への遷移のためには共振器の
幾何形状の修正が不可欠である。

【００６８】前記の問題点は図２においてより明確に表される。すなわち、より低いパルス
繰り返し速度をもつ既存のリング共振器の共振器長をそれぞれのより短い長さに
短縮してパルス繰り返し速度を増大させることは不可能である。そのような従来
の従来技術のリング共振器におけるビームウェストの半径が、リング共振器の全
長の関数としてレーザーアクティブエレメント／自己収束エレメント１、２内で
表されている。共振器の全長が１ＧＨｚのパルス繰り返し速度に必要な約３０ｃ
ｍの長さまで短縮された場合に、ビームウェスト半径の強い増加が認められる。
ビームウェスト半径のそのような増加によって、レーザーアクティブエレメント
におけるカー効果の進行、したがってレーザーシステムの安定的な受動モードロ
ック動作がもたらされる。

【００６９】より高いパルス繰り返し速度を達成するために、従来技術の周知のレーザーシ
ステムと比較して、及び決定的な関連性をもつ本発明の第２の及び第１の変形例
によるレーザーシステムの請求項１又は請求項７で定められるように、凹面ミラ
ー４１、４２従って２１、２２の縮小された焦点距離ｆ４１、ｆ４２、従ってｆ
２１、ｆ２２が用いられる。

【００７０】本発明の第１の変形例によるレーザーシステムの好ましい実施形態が図３に表
されているが、それは次のようになる。

【００７１】図３は、本発明の第１の変形例によるレーザーシステムの平面図を概略的に表
したものである。レーザー共振器は凹面ミラー２１、２２とともに平面ミラー２
及び平面出力カップラ３によって構成される。レーザーアクティブエレメント１
は、５３２ｎｍのポンプ波長においてＡ＝５／ｃｍの吸収係数を有するチタンド
ープサファイア結晶である。光路内に延長する結晶の表面は並行して光学的に研
磨されており、それらの距離は２．２ｍｍになる。凹面ミラー間の距離は３０ｍ
ｍ以下である。チタン−サファイア結晶は、特に請求項４の特徴に従って凹面ミ
ラー間のおおよそ途中に置かれる。５３２ｎｍの波長を有する周波数２倍化Ｎｄ
：ＹＡＧ−レーザーをポンプレーザーとして用いる。これはレンズＬによって凹
面ミラー２１を超えてレーザーアクティブエレメント１内に収束される。それに
よって共振器モード及びポンプレーザーモードは可能な限り正確にレーザーアク
ティブエレメント内で重ね合わされる。凹面ミラー２１及び２２によって反射さ
れるビーム間の角度は１５から２５度、特に１８度である。共振器の全長は、１
ＧＨｚのパルス繰り返し速度が生ずるように選択される。平面ミラーＣＭには、
負の群速度分散をもつ高反射率誘電性コーティングが施されている。その反射率
は９５から９９％、特に９８％になる。出力カップラＯＣの背後にフォトダイオ
ードＰＤを設置するのが効果的であるが必ずしも必要ではない。そのようなフォ
トダイオードＰＤは強度測定によって、最も簡単な方法で、すなわちフォトダイ
オード上への光度の現出の不足によって、図示されているレーザーシステムのパ
ルス動作を確認する。図４は、図３に既に表されている本発明の第１の変形例に
よるレーザーを表す。それと比較して、この実施形態は４個少ない２個のミラー
を備えている。ミラーの数を減少することによって共振器の全長が縮小されるの
で、そのような構成は高パルス繰り返し速度を得るのに効果的である。

【００７２】したがって本発明によるレーザーシステムはまた、図３に表されるシステムの
ミラー数に比較してより少ないミラー数で実現することも可能である。図４に表
されるシステムは、２個の凹面ミラー及び２個の平面ミラーだけを用いる。ほと
んどの部品においてそれは図３のシステムに対応する。しかしながらＮ１とラベ
ル付けされた平面ミラーだけが、負の群速度分散ＧＶＤをもつ誘電性ミラー２と
して実現される。全てのさらなるミラーには従来の誘電性コーティングが施され
ており、それは高誘電性コーティングとして凹面ミラー上に、また約２％の透過
率ＴをもつＯＣとラベル付けされた出力カップラ上に施される。レーザーアクテ
ィブエレメントの正の群速度分散を補償する負の群速度分散ＧＶＤを有するミラ
ーがたった１つしかないという事実によって、レーザーアクティブエレメントの
正の群速度分散をできる限り低く抑えると有利である。これは、例えば、レーザ
ーアクティブエレメント長を減少させることによって実現可能である。これは、
本発明の第１の偏向例による図４に示すレーザーシステムで実現されているが、
この場合、チタンサファイア結晶の平面と平行表面間の距離が、たった１．３ｍ
ｍであり、これは図３に示す例と比較して際だった値である。チタンサファイア
結晶の表面は、ブリュースター角度を持つ光軸に対して傾斜している。長さが減
少したレーザーアクティブエレメント１内のポンプ後の効果的な吸収と匹敵する
効果を達成するためには、レーザーアクティブのイオンや原子を高い濃度でレー
ザーアクティブエレメント１にドーピングすると有利である。図示の場合では、
チタンドーピングが、レーザーアクティブエレメント１の吸収係数がポンプ波長
でＡ＝６／ｃｍにまでなるように増してある。このようにして、図３に示すレー
ザーシステムでの吸収率と匹敵する吸収率を、レーザーアクティブエレメント中
でのポンプ光で達成することが可能である。

【００７３】図５に、本発明の第１の変形例によるフェムト秒レーザーの利点ある展開の実
施形態、例えば、図３に示す本発明の第１の変形例によるレーザーシステムの実
施形態の要素となる実施形態を示す。これは、主に、追加として取り付けられた
平面ミラーＭ６に関する。本発明によるレーザーシステムが連続動作モードで動
作する限り、２つの対抗伝搬する部分ビームがリング共振器中を循環する。これ
によって、２つの部分ビームがアウトカップリングミラー３からカップリング出
力される。平面ミラーＭ６は、これらの部分ビームを共振器に反射してもどす働
きをする。これによって、共振器中を時計方向に循環している循環部分ビームの
強度がレーザーアクティブエレメント１中で増すという効果がある。したがって
、この部分ビームは、レーザー刺激には好都合であり、レーザーアクティブエレ
メント中で強いカーレンズ形成を経験し、これによって、パルスがリンク共振器
中を時計方向に循環する本発明のレーザーシステムのパルス化動作が好都合であ
る。したがって、ミラーＭ６は、リング共振器中でレーザーパルスの循環方向を
事前決定する働きをする。

【００７４】加えて、平面ミラーＭ６によって、本発明の第１の変形例によるフェムト秒レ
ーザーが初期連続レーザー動作からパルス化動作に瞬間的に遷移する。この効果
はさらに、例えば周期的な振動によってミラーＭ６に周期的な摂動を印加するこ
とによって強化され得る。

【００７５】図３、４及び５に示す実施形態で説明した本発明のフェムト秒レーザーでは、
そのリング共振器が本発明による１ＧＨｚというパルス繰り返し速度に対して最
適化されていた。これによって、１．７Ｗというポンプパワーで１００ミリワッ
ト（ｍＷ）という平均レーザーパワーが達成可能であり、これによって、発生し
たパルスの持続時間は約５０フェムト秒となる。本発明によるフェムト秒レーザ
ー／レーザーシステムの場合、そのリング共振器は２ＧＨｚというパルス繰り返
し速度に対して最適化されており、これによって、約２５フェムト秒という持続
時間のパルスを発生することが可能である。パルス持続時間τはポンプレーザー
の強度に少し依存することが分かっている。２．５ワットという平均ポンプパワ
ーでは、平均のパルス持続時間τは、２９フェムト秒まで減少し、５．５Ｗとい
う平均ポンプパワーでは、平均パルス持続時間τは２５フェムト秒まで減少する
。パルス化動作中でのレーザーの波長スペクトルの測定の結果、測定された波長
分布の幅は、測定されたパルス持続時間と高い精度で一致することが分かった。
これは、第３次の分散効果によって主として制限されることを意味する。

【００７６】一般的に厚さが５ｍｍであるアウトカップルミラーの基板を通過するアウトカ
ップリングされたビームが透過するため、また正の群速度分散が発生し、この結
果、パルス持続時間が拡大する。このようなパルス持続時間の拡大は、負の群速
度分散を有する誘電性ミラーでの多重反射によって補償することが可能である。
これは、図５に示すようなミラーＭ４とＭ５によって実現される。本発明による
フェムト秒レーザー／レーザーシステム、特に市販のそれの場合、レーザーシス
テムのエレメント、特にリング共振器の部品であるミラー２、３及びレーザーア
クティブエレメント１並びにそれに属する調整手段のすべてを、共通の取り付け
プラットフォーム上に取り付けると有利である。特に、レーザーシステムのエレ
メントは、アルミ又はインバール製のモノリシックの金属ブロック上に統合する
と利点がある。

【００７７】図６に、本発明の第２の変形例によるフェムト秒レーザーのレーザー共振器を
示す。これに対して、図６に示す実施形態に、請求項１に記載の波長チューニン
グ用追加手段が供給される。ここに示す共振器のある好ましい実施形態は、例え
ば、図４に示す（本発明の第１の変形例による、すなわち請求項７）実施形態に
よって確立され得る。請求項４によるブリュースタープリズム３は、特殊な分差
エレメントとして機能し、また、判明な波長を空間的に分離する効果がある。共
振器ミラー、特にプリズムに隣接したミラー４３を傾斜させることによって、共
振器の損失が最小であるべき波長を選択し得る。これは、レーザーの動作波長と
なる。より短い又は長い波長の波では、共振器内で増幅不可能であり、数回循環
するだけで失われる。

【００７８】図７に、本発明の第２の変形例によるフェムト秒レーザーのレーザー共振器の
さらなる実施形態を示す。また、図３に示す実施形態を実現するこの第２の変形
例には、請求項１による波長チューニング用追加手段を装備してもよい。ここで
、共振器は、図６に示す実施形態とは違って、特殊な分散エレメントとして請求
項５に記載の半分ブリュースタープリズムを備えるが、その隣接したレッグ３４
がレーザー波長用の反射防止コーティングを指示している。これは特に利点ある
実施形態であるが、それは、分散ミラーで補償する正のＧＶＤが図６と比較して
たった半分となり、これが共振器中に導入されるからである。

【００７９】図８に、凹面ミラー２１、２２間の距離と、凹面ミラー２１、２２からのレー
ザーアクティブエレメントの距離Ｘ１とＸ２を確定する図である。

【００８０】図９に、１ＧＨｚ共振器と焦点距離が１５ｍｍの凹面ミラー２１、２２を有す
る本発明の第１と第２の変形例によるレーザーシステムの安定性の領域を示す。
レーザーアクティブ／自己収束式エレメント中のビームウェストの変動は、共振
器モードの平均パワーＰの関数として示されている。これによって、ｗはレーザ
ーアクティブエレメント１中のビームウェストであり、Ｐは共振器の平均パワー
である。その描写は二次元で、しかも、一方ではミラー距離ｄの関数として、他
方では結晶位置Ｘ１の関数として実施されている。Ｗ−１δｗ／δＰの分量値が
負となると、レーザーアクティブエレメント中でのカー効果による一様なアパー
チュアの発生をサポートするのに利点がある。ミラー距離ｄが凹面ミラー２１、
２２の焦点距離ｆ２１、ｆ２２の合計より小さいように選択すると、このような
状況が当てはまることが認識されている。さらに、この効果は、距離Ｘ１が焦点
距離の合計の半分未満に選択すると増幅されることが認識されている。

【００８１】本発明のフェムト秒レーザー／レーザーシステムの際だったビーム品質は、図
１０から明らかである。同図は、ＣＣＤカメラで測定した共振器平面に直行する
強度の分布を示している。実線は、測定値にあてはめた数値ガウス関数である。
際だった一致が認められる。挿入図は、ＣＣＤカメラで測定した全体ビーム断面
の強度の分布を示す。この測定強度は、照度値を相互関連している。ＴＥＭ₀₀モ
ードではほとんど円形のビームプロフィールであることが認識される。

【００８２】本発明によるフェムト秒レーザーの際だった／ビーム品質が、アウトカップル
ミラーからの距離の関数としてビーム半径の展開に現れている。これを図１１に
示す。点線は経験的に測定した値であり、実線は理論的に示した展開を想像して
おり、これによって、現実のビームの伝搬の形式を、いわゆるＭ²係数を考慮し
て用いられてきた。理論と経験の際だった一致が、１．０７というＭ²係数で認
識されるが、この値は、Ｍ²＝１．０という理論的最適値に非常に近い。

【００８３】図１２に、出力カップラ３の透過率Ｔの様々な値に対するポンプレーザーのパ
ワーの関数としての発生パルスパワーを示す。透過率が１％の場合、量子効率η
は６．６％である。この量子効率は、アウトカップリングＴが２％で、η＝２０
％まで増す。アウトカップリングＴ＝１％は、出力カップラ３の実際に使用可能
なアウトカップリング度の最小値である。１ＧＨｚというパルス繰り返し速度に
対して最適化されているここではリング共振器で実現されている本発明のレーザ
ーシステムの場合、アウトカップリング度Ｔ＝２％という値は、アウトカップリ
ングの経験的に測定された最適値である。しかしながら、より高いアウトカップ
リング度Ｔでも適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】１ＧＨｚというパルス繰り返し速度に適応した従来型の短縮共振器と比較した
従来長の共振器中でのビームウェストの半径ｗの展開を示すグラフである。

【図２】２メートルという共振器長に対して最適化された形状を持つリング共振器の共
振器長の関数として示すレーザーアクティブ式で同時に自己収束式エレメント中
でのビームウェストの半径ｗの展開の図である。

【図３】リング共振器が２つの凹面ミラーと４つの平面ミラーで確立された、本発明の
第１の変形例によるレーザーシステムの略上面図である。

【図４】２つの凹面ミラーと２つの平面ミラーで確立されたリング共振器を持つ本発明
の第１の変形例によるレーザーシステムの略上面図である。

【図５】所定の循環方向での自己始動機能を各地するするための図３に示すレーザーシ
ステムのさらなる展開の図である。

【図６】ブリュースタープリズムを備えた本発明の第２の変形例による波長チューニング
可能レーザーシステムの略図である。

【図７】ブリュースタープリズムの半分を備えた本発明の第２の変形例による波長チュー
ニング可能レーザーシステムの略図である。

【図８】凹面ミラーとレーザーアクティブ自己収束エレメントの相対的位置Ｘ１、Ｘ２
、ｄの略図である。

【図９】ミラー距離ｄの関数として１ＧＨｚというパルス繰り返し速度に対して適応し
た共振器を持つ本発明のレーザーの安定性の進行を示す図である。

【図１０】本発明のレーザーシステムからカップリング出力され、また、自身に適合した
ガウス関数を含むパルス化レーザービームの測定ビームの断面形状と、挿入図中
には、ＣＣＤカメラでビーム方向に直角に測定した強度の展開を示す図である。

【図１１】本発明によるレーザーシステム中での出力カップラミラーからの距離の関数と
してのレーザー共振器の平面上にある出力カップラミラーの背後におけるビーム
半径ｗの展開の図である。

【図１２】変動する２つのアウトカップリング度Ｔに対して１ＧＨｚというパルス化動作
における繰り返し速度を持つ共振器を有する本発明のレーザーシステムの場合に
おけるポンプパワーの関数としての出力パワーの展開の図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者クルツ、ハインリッヒドイツ連邦共和国、デー − 52076 アーヘン、ローテ・ハーグ・ベーク１ビーＦターム(参考） 2K002 AA02 AB33 BA02 CA02 HA27 5F072 AB20 JJ01 JJ07 KK06 LL09 PP10 RR01 SS08 【要約の続き】ある。さらに、本発明は、連続チューニング可能高速繰り返しフェムト秒レーザーと、フェムト秒パルスの高速繰り返し発生のためのその使用方法と、そのチューニング方法に関する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザーアクティブエレメント（１）と、自己収束エレメント（２）と、プリズムエレメント（３）と、反射に対する負の群速度分散（ＧＶＤｎ）を有する少なくとも１つの誘電性ミ
ラー（４）であって、これによって、前記レーザーアクティブエレメントで増幅
可能な光スペクトルの連続的部分に対して、前記少なくとも１つの誘電性ミラー
（４）の群速度分散と前記レーザーアクティブエレメント及び前記プリズムエレ
メント（３）の群速度分散との合計が負である、すなわち【数１】となる少なくとも１つの誘電性ミラー（４）と、前記レーザーアクティブエレメント（１）に空間的に隣接して配置され、凹部
表面を前記レーザーエレメント（１）に向けて方位付けされた２つの凹面ミラー
（４１、４２）と、光出力カップラ（５）とを備えているリング共振器を有する受動モードロック
フェムト秒レーザーにおいて、前記共振器の光路長が、１２０ｃｍ未満であり、好適には６０ｃｍ未満、好適
には３０未満、特には１５ｃｍ未満であり、前記レーザーアクティブエレメント（１）に隣接して配置された前記凹面ミラ
ー（４１、４２）の各々の焦点距離（ｆ４１、ｆ４２）が、３ｃｍ未満であり、
好適には２ｃｍ未満、特には１．５ｃｍ以下であることを特徴とし、これによりフェムト秒パルスの高速繰り返し発生が達成可能であり、さらに、少なくとも前記誘電性ミラー（４）又は前記出力ミラー（５）又はさらなるミ
ラーが、前記プリズムエレメント（３）の空間分散と相互関連させて傾斜角度を
チューニングし、これによって、前記共振器がレーザーのアクティビティをサポ
ートする波長が調整可能であるようにすることによって軸に対して傾斜可能であ
ることを特徴とする受動モードロックフェムト秒レーザー。
【請求項２】前記レーザーアクティブエレメント（１）がまた自己収束エ
レメント（１）であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザー。
【請求項３】前記共振器が、前記非線形エレメント（２）と相互関連する
ように適応され、これによって、パルス化レーザーアクティビティによって、連
続レーザーアクティビティと比較して前記レーザーアクティブエレメントから出
力されたエネルギのレベルが高くなることを特徴とする、請求項１に記載のレー
ザー。
【請求項４】前記プリズムエレメント（３）が、これによって、最小偏向
条件下で前記プリズムの表面に入射する光ビームが、前記レーザーアクティブ媒
体（１）によって増幅可能な波長のブリュースター角度で前記プリズム表面に入
射して、脱出表面から前記ブリュースター角度で逃げるように適応されることを
特徴とする、請求項１に記載のレーザー。
【請求項５】前記プリズムエレメント（２）が、前記ブリュースター角度
を持つプリズム表面に入射する光ビームが、前記レーザーアクティブ媒体（１）
によって増幅可能な波長に対する脱出表面に対して実質的に直角に逃げるように
適応されることを特徴とする、請求項１に記載のレーザー。
【請求項６】前記レーザーアクティブエレメント（１）によって増幅可能
な波長に対する反射防止コーティングが、軸（３４）の表面に対して施されるこ
とを特徴とする、請求項５に記載のレーザー。
【請求項７】レーザーアクティブエレメント（１）と、前記レーザーアクティブエレメント（１）によって増幅可能な光スペクトルの
連続的部分に対して、後出の少なくとも１つの誘電性ミラー（２）の群速度分散
と前記レーザーアクティブエレメント（１）の性の群速度分散の合計が負となる
、すなわち【数２】となるように負の群速度分散（ＧＶＤｎ）を有する少なくとも１つの誘電性ミラ
ー（２）と、前記レーザーアクティブエレメントに隣接して空間的に配置され、また、自身
の凹部表面が前記レーザーアクティブエレメント（１）に向くように方位付けさ
れた２つの凹面ミラー（２１、２２）と、光出力カップラ（３）とを備えているリング共振器を有する受動モードロック
フェムト秒レーザーにおいて、前記共振器の光路長が６０ｃｍ未満であり、好適には３０未満、特には１５ｃ
ｍ未満であり、前記レーザーアクティブエレメントに隣接して配置された前記凹面ミラー（２
１、２２）各々の焦点距離（ｆ２１、ｆ２２）が、３ｃｍ未満であり、好適には
２ｃｍ未満、特には１．５ｃｍ未満であることを特徴とし、これによりフェムト秒パルスの高速繰り返し発生が達成可能な受動モードロッ
クフェムト秒レーザー。
【請求項８】前記レーザーアクティブエレメントに隣接する前記凹面ミラ
ー（２１、２２、４１、４２）の双方の焦点距離（ｆ２１、ｆ２２、ｆ４１、ｆ
４２）の値が、実質的に等しいことを特徴とする、請求項７又は１に記載のレー
ザー。
【請求項９】前記レーザーアクティブエレメントに隣接する前記凹面ミラ
ー（２１、２２、４１、４２）の互い同士の距離が、その４つの焦点距離の合計
（ｆ２１＋ｆ２２、ｆ４１＋ｆ４２）より小さいことを特徴とする、請求項７又
は１に記載のレーザー。
【請求項１０】前記レーザーアクティブエレメント（１）の第１の凹面ミ
ラー（２１、４１）からの距離（ｘ１）が、第２の凹面ミラー（２２、４２）か
らの前記レーザーアクティブエレメント（１）の距離（ｘ２）から２％を越えて
、好適には５％を越えて、特には１０％を越えて離散していることを特徴とする
、請求項９に記載のレーザー。
【請求項１１】前記レーザーアクティブエレメントに隣接する前記凹面ミ
ラー（２１、２２、４１、４２）の互い同士の距離が、前記凹面ミラーの焦点距
離（ｆ２１＋ｆ２２、ｆ４１＋ｆ４２）の合計より大きく、また、ハードアパー
チュア（４）、特にリングアパーチュアが前記リンク共振器中にあることを特徴
とする、請求項７又は１に記載のレーザー。
【請求項１２】前記レーザーアクティブエレメント（１）が、実質的に、
Ｔｉ：サファイア、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｃｒ：Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔ、Ｃｒ：Ｌｉ
ＳＧａＦ、ＣＲ：ＬｉＣＡＦ又はＹｂ：ＹＡＧを含むことを特徴とする、請求項
７又は１に記載のレーザー。
【請求項１３】ポンプレーザーとして、周波数２倍化Ｎｄ：ＹＶＯ₄、Ｙ
ｂ：ＹＶＯ₄、Ｎｄ：ＹＡＧ又はＹｂ：ＹＡＧレーザーが使用可能であることを
特徴とする請求項７又は１に記載のレーザー。
【請求項１４】前記光出力カップラ（３）のアウトカップリング度Ｔが５
％未満であり、好適には３％未満、特には２％以下であることを特徴とする、請
求項７又は１に記載のレーザー。
【請求項１５】前記出力カップラ（３）が部分反射ミラーとして構成され
ることを特徴とする、請求項７又は１に記載のレーザー。
【請求項１６】全てのミラー（２）が、負の群速度分散（ＧＶＤ）を有す
ることを特徴とする、請求項７又は１に記載のレーザー。
【請求項１７】１つのミラー（２）だけが、負の群速度分散（ＧＶＤ）を
有することを特徴とする、請求項７又は１に記載のレーザー。
【請求項１８】前記リング共振器の非点収差が補償されることを特徴とす
る、請求項７又は１に記載のレーザー。
【請求項１９】前記リング共振器の光路長が１ｃｍを越え、好適には２ｃ
ｍを越え、特には３．５ｃｍを越えていることを特徴とする、請求項１８に記載
のレーザー。
【請求項２０】前記リング共振器の全てのエレメントが、共通の取り付け
プラットフォーム上に機械的に取り付けられることを特徴とする、請求項７又は
１に記載のレーザー。
【請求項２１】特に前記請求項のいずれかひとつに記載の受動モードロッ
ク高速繰り返しフェムト秒レーザーにおいて、前記レーザーが、レーザーアクテ
ィブエレメント、光出力カップラ並びに少なくとも１つのミラーリングエレメン
ト及び１つのプリズムエレメントを持つリング共振器を有し、これによって、少
なくとも前記ミラーリングエレメント又は出力カップラ（５）が、前記共振器が
レーザーアクティビティをサポートする波長が傾斜角度によって前記プリズムエ
レメント（３）の空間分散と相互関連させて調整可能であるように１つの軸上で
傾斜可能であることを特徴とするレーザー。
【請求項２２】レーザーアクティブエレメント、光出力カップラ並びに少
なくとも１つのミラーリングエレメント及びプラズマエレメントを持つリング共
振器を有し、特に、請求項１又は２１に記載のレーザーをチューニングすること
を目的とし、これによって、第１のステップにおいては、高繰り返しパルス化動
作が実行され、第２のステップでは、前記ミラーリングエレメント又は出力カッ
プラ（５）が、傾斜角度による前記プリズムエレメント（３）の空間分散と相互
関連させて、前記共振器がレーザーアクティビティをサポートする波長が供給さ
れるように軸上で傾斜されることを特徴とする、受動モードロック高速繰り返し
フェムト秒レーザーをチューニングする方法。
【請求項２３】フェムト秒パルスの高速繰り返し発生のための、請求項７
又は２１に記載の受動モードロックフェムト秒レーザーの使用方法。