JP2003504878A - レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
、より詳しくは受動モード同期手段を有するレーザ装置に関する。
では高エネルギーを有する短いレーザのパルスはモード同期の状態で生成される
。これらのパルスの短いレーザ装置は、高精度の材料加工や科学的な業務に都合
良く用いられている。短いレーザパルスの生成に関しては、例えばA・スティン
グル他「プリズムを用いないチタン:サファイアレーザからの11−fsパルス
の生成」オプティックスレターズ19巻3号1994年2月1日、p204−2
06と同様に、WO98/10494Aのような参考文献がある。
器とレーザアンプの技術に基づいている。レーザ発振器は、例えば数十MHzの
範囲の繰返し周波数を有する、低いエネルギーの短いレーザパルス列を生成する
。これらの発振パルスから、より低い繰返し周波数のパルスが選択され、高エネ
ルギーのパルスを得るために、再生アンプまたはいわゆるマルチパスアンプで増
幅する。
ルスの(低エネルギーでの)発生と、他方では別の時点に(高エネルギーへの)
増幅を単に実行することにより、一つのレーザが同時に発振器および再生増幅器
として用いられる。この種の既に知られたレーザ装置(例えばL・チューリ、T
・ユハス「ダイオードポンプNd:YLF一体型レーザ」、オプティックスレタ
ーズ、20巻第14号1995年7月15日、p1541−1543参照)は、
発振機能と増幅機能の双方のためのレーザからなり、音響光学的変調器で能動モ
ード同期を用いている。能動モード同期はそれほど効率的ではないので、得られ
る最少のパルス持続時間は比較的長く、さらに信頼性よく長時間の動作を行わせ
るためには、時間制御と安定化のためにそれぞれ複雑な電子回路を必要とする。
動モード同期を特に可飽和アブソーバーと共に設計することが一般的に知られて
いる。可能な受動モード同期の他の方法には、例えばカー効果(いわゆるカーレ
ンズモードロッキング、KLM)の利用、非線形ミラー(非線形ミラーモード同
期、NLM)の使用、光学結晶内の非直線偏光回転アプリケーションまたは二次
のオーダーのカスケード化された非線形処理がある。
成を可能にする最初に規定した形式のレーザ装置を提供することであり、それに
よって受動モード同期が能動モード同期より強い強度の変調をもたらし、ピコま
たはフェムト秒の範囲の安定な短いパルスを生成することができる利点、即ち使
用されるレーザ材料の有限な増幅能力により与えられる可能な下限値に近いパル
スの持続時間を有するという利点がえられる。ここで、可飽和アブソーバーのよ
うな受動モード同期デバイスが、それらの低い破壊閾値によって、エネルギーの
上昇に上限値を与え、さらにアブソーバーの過大な飽和により不安定性がもたら
されるという問題点は、解決されていなければならない。本発明は、異なる時点
に動作する二つの異なる副共振器に共振器を分割するというアイデアに基づいて
いる。そして、副共振器は、異なる作業、即ち一方は低いパワーレベルに対応す
る高い共振損失を有する受動モード同期を用いたパルスの生成、他方は高いパル
スエネルギーへの増幅を行う。
互に切り替えられる共振器のアームが提供され、1パルス形成段階で作動する一
方のものは受動モード同期手段からなり、他方の共振器のアームは増幅段階で作
動し、損失を生じる部品は含んでいないことで特徴づけられる。本発明のレーザ
装置では、こうして共振器の異なる部分が異なる時点に用いられ、低いエネルギ
ーを有する短いレーザパルスが生成される段階では、一方の共振器のアームが受
動モード同期装置と強度が低い状態に対応する高い共振損失を伴って作動し、パ
ルスの生成が終了した後、その共振器は切り替えられて他の共振器が作動し、そ
こでの共振器には受動モード同期手段はなくなり、次に作動する共振器の高い共
振品質によって高エネルギーのパルスへの増幅が可能になる。
ってこのレーザ装置を簡単に具体化するために、これら二つの共振器のアームの
間に、スイッチング用の少なくとも一つの偏光検出ビームディバイダーが、偏光
回転手段と共に備えられる。ここで、ポッケルスセルが偏光回転手段として用い
られることが望ましく、それを通過するレーザビームの偏光方向を90°回転す
るために、そのようなポッケルスセルは電気的に制御される。他の適宜の偏光検
出ビームディバイダーと組み合わせることにより、レーザビームはこのスイッチ
ングの後に他の共振器アームに導かれる。
の光路に配置されていることが、特に望ましい。この場合受動モード同期手段か
ら遠い側の偏光回転手段の側に備えられた偏光検出ビームディバイダーは、増幅
されたレーザパルスの結合を解除するように、レーザビーム結合解除素子を形成
してもよい。
が用いられることが望ましい。
導体アブソーバーであってもよい。
が一方の共振器のアームを終端するアブソーバーミラー、特に半導体をベースに
したアブソーバーミラーであることが、同様に望ましい。
損失素子、例えばλ/4板(platelett)を、パルス形成段階に作動す
る一方の共振器のアームに備えることが望ましく、このλ/4板はレーザ結晶で
の高いエネルギーの蓄積をもたらす。
ンプユニットが偏光回転手段を共なう連続波ダイオードポンプユニットである場
合には、それが双方の共振器に共通な共振器の一部分を構成することが望ましい
。さらに、ポンプユニットがランプポンプまたはレーザポンプである場合には、
それが双方の共振器に共通な共振器の一部分を構成することが望ましい。
が、それは本発明を限定するためのものではない。
2を有し、番号1で表されているオールインワン短パルスレーザ装置が図1に示
されている。このポンプユニット2の一方側には、共振器終端ミラー4が備えら
れている。
れ、矢印7で図式的に表されているように、増幅されたレーザビーム6のための
結合解除素子を同時に構成している。図示された共振器内を一周する間に、レー
ザビーム6はポッケルスセル8の形式の偏光回転手段に到来し、その偏光回転手
段は矢印9で表されているように電気的に制御され、レーザビーム6の偏光を9
0°回転するが、それ自体は知られた方法であり以下では手短に説明される。
置され、レーザビーム6の偏光状態に従って、レーザビーム6を(即ち一方のレ
ーザ共振器のアーム11に)透過するか、またはそれを(即ち他方のレーザ共振
器のアーム12に)反射する。図1では、一方の共振器のアーム11内のレーザ
ビーム6の偏光は頭部が二つある矢印で、また他方の共振器のアーム12内のも
のは円内の点で表されており、頭部が二つの矢印は偏光の方向が図の面内である
ことを表し、他方の共振器のアーム12の円内の点はレーザビーム6の偏光の方
向が図の面に垂直であることを表している。
に配置され、レーザビーム6に必要な損失を導入し、次にレーザビーム6は受動
モード同期手段として備えられた、可飽和半導体アブソーバーミラー15により
反射される。そのような可飽和半導体アブソーバーミラーは、それ自体は既知で
あるので、さらなる説明は不用である。
、4つのミラー16−19を経由して導かれるが、ここでミラー17、18は球
面焦点ミラーであり、ミラー16、19は高反射性の平面ミラーである。
全体の共振器を形成するために、ビームディバイダー10でのレーザビーム6の
偏光方向に依存して、一方の共振器のアーム11または他方の共振器のアーム1
2により補完される。光路長L1を有する一方のレーザ共振器は素子4、2、3
、5、8、10、13、14および15によって構成され、それらはパルス増強
段階(パルス形成段階)21(図2参照)に働く。光路長L2を有する他方の共
振器は素子4、2、3、5、8、10、16、17、18および19によって構
成され、それらは増幅(図2の増幅段階22)に働く。
たように一方の共振器のアーム11が機能する。二つのビームディバイダー5お
よび10は、レーザビーム6を透過させる。その理由は、ビームディバイダー5
および10における頭部が二つの矢印を参照すると、後者はこの時点では図の面
に平行に直線偏光されているからである。λ/4板13はシステムに高い損失を
導入するように、また共振器20−11でのパワーレベルを低く保ってレーザ結
晶3における高い反転を引き起こすように調整されている。可飽和アブソーバー
ミラー15は一方の共振器のアーム11側に配置されているので、所望の短いレ
ーザパルスが発生する。これは図2の最上部の図に示され、レーザ結晶3を伴う
ポンプユニット2と終端のミラー4との間の位置で測定された、パルスの強度I
(3/4)が描かれている。図から明らかなように、距離t1=2L1/C0(
C0はレーザビームの速度)を有するパルスが、次第により短くなっている。
れたλ/2電圧Uλ/2が、それ自体は既知の共通な電子回路により9でポッケ
ルスセル8に印加される。(ポッケルスセル8での電圧Upcの時間Tに依存し
た推移を示す図2の第2番目の図を参照)。この制御は時刻T1になされなけれ
ばならず、共振器内を循環したレーザパルスはそのとき、図1によるとポッケル
スセル8のちょうど右側、即ちそれぞれのビームディバイダー5またはポンプユ
ニット2の領域、またはそれぞれ終端ミラーの領域にある。一般的にポッケルス
セルは、そのように時間を調整することができる、駆動回路を既に含んでいる。
こうして図1には、それに対して高電圧Uλ/2が24で印加される高速高電圧
スイッチ23が図式的に示され、そして、それは、それぞれの高電圧スイッチ2
3またはポッケルスセル8をそれぞれ時刻T1とT2で切り替えるための電気的
パルスを発生させる関連する回路25を有する。図1はさらに、時刻T1、T2
の調整を指示する外部から調整可能な時間制御素子26を図式的に示している。
素子23−26は、図1では27で示されている、電子制御ユニットを構成して
おり、その制御ユニットはポッケルスセル8を経由するレーザビームを切り替え
るために備えられている。
によって(図2参照)、図の面に垂直に広がるように偏光が90°回転される。
そうするとレーザパルスは、パルス形成段階21用に備えられた一方の共振器の
アーム11に向かうためにビームディバイダー10を透過することができず、他
方の共振器のアーム12に反射され、ミラー16−19からなるシステムを通過
して、最終的にビームディバイダー10に反射されて、ポッケルスセル8に戻り
、再度偏光を90°回転される。この他方側の共振器のアーム12には損失を招
く部品は含まれていないので、レーザパルスのエネルギーは一周する毎に急速に
増大する。図2の第1番目の図のパルスの強度I(3/4)を参照されたい。
をオフにされる。このスイッチオフは時刻T2に行われ、その時にはレーザパル
スはポッケルスセル8の左側、即ち増幅段階用に備えられた他方の共振器のアー
ム12内にある。レーザビーム6が左側から到着してポッケルスセル8を通過す
ると、電圧Uλ/2はポッケルスセル8により既にスイッチオフされている(即
ちポッケルスセル8の電圧Upcは再度0Vである)ので、その偏光はもはや9
0°回転されてはいない(即ち図の面内)。今やその偏光が図の面に垂直のまま
であるので、レーザパルスはビームディバイダー5で反射されることにより、結
合が解除される(ポンプユニット2へ透過されるもの以外の矢印7を参照)。こ
の増幅された出力パルスは、図2の3番目の図表に結合が解除されたパルスの強
度I(7)として示されている。(図1の矢印7を参照) 説明されたシステムでは、偏光に依存する増幅を考慮する必要なく任意のレー
ザ媒体が使用できるように、レーザ結晶3内の偏光は常に同じにされている(即
ち図1によれば図の面内である)。
Claims (11)
- 【請求項1】 ポンプレーザ結晶(3)を含むポンプユニット(2)と、受
動モード同期手段とからなるレーザ装置(1)において、 二つの別個の交互に切り替え可能な共振器のアーム(11、12)が備えられ
、 パルス形成段階(21)に作動する一方の共振器のアーム(11)が受動モー
ド同期手段(15)を含み、 増幅段階(22)に作動する他方の共振器のアーム(12)が損失を導入する
コンポーネントを含まないことを特徴とする、レーザ装置。 - 【請求項2】 該二つの共振器のアーム(11、12)を切り替えるために
、少なくとも一つの偏光検出ビームディバイダー(10)が偏光回転手段(8)
と共に備えられていることを特徴とする、請求項1に記載のレーザ装置。 - 【請求項3】 該偏光回転手段(8)がポッケルスセルにより形成されてい
ることを特徴とする、請求項2に記載のレーザ装置。 - 【請求項4】 該偏光回転手段(8)の両側のレーザビーム(6)の光路に
、それぞれの偏光検出ビームディバイダー(10、5)が備えられていることを
特徴とする、請求項2または3に記載のレーザ装置。 - 【請求項5】 該偏光回転手段(8)の受動モード同期手段(15)とは反
対の側に、該偏光検出ビームディバイダー(5)がレーザビーム結合解除素子を
同時に形成していることを特徴とする、請求項4に記載のレーザ装置 - 【請求項6】 該受動モード同期手段が可飽和アブソーバー(15)である
ことを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載のレーザ装置。 - 【請求項7】 該可飽和アブソーバー(15)が可飽和半導体アブソーバー
であることを特徴とする、請求項6に記載のレーザ装置。 - 【請求項8】 該可飽和アブソーバー(15)が一方の共振器のアーム(1
1)を終端するアブソーバーミラーであることを特徴とする、請求項6または7
に記載のレーザ装置。 - 【請求項9】 該パルス形成段階(21)で作動される一方の共振器のアー
ム(11)に、レーザ結晶(3)に高いエネルギーの蓄積をもたらす、例えばλ
/4板(13)のような線形損失素子が配置されていることを特徴とする、請求
項1乃至8のいずれか一つに記載のレーザ装置。 - 【請求項10】 該ポンプユニット(2)が、該偏光回転手段(8)と共に
双方の共振器のアーム(11、12)に共通な共振器の一部分(20)を形成す
る、連続波ダイオードポンプユニットであることを特徴とする、請求項2乃至9
のいずれか一つに記載のレーザ装置。 - 【請求項11】 該ポンプユニット(2)が、該偏光回転手段(8)と共に
双方の共振器のアーム(11、12)に共通な共振器の一部分(20)を形成す
る、ランプポンプまたはレーザポンプであることを特徴とする、請求項2乃至1
0のいずれか一つに記載のレーザ装置。
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