JP4076132B2

JP4076132B2 - Multi-bunch laser generator and generation method

Info

Publication number: JP4076132B2
Application number: JP2002175532A
Authority: JP
Inventors: 康弘岡田; 彰遠藤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-06-17
Also published as: JP2004022795A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチバンチレーザ発生装置及び発生方法に関し、特に、複数のパルスを含むレーザビームを光増幅器で増幅してマルチバンチレーザを発生する装置及び発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のレーザパルスを集群させたマルチバンチレーザビームを発生する方法として、下記の２つの方法が知られている。
【０００３】
第1の方法は、複数個のレーザパルスを光学的に合成してパルス群を形成する方法である。第２の方法は、モードロックレーザ発振器から出射されたレーザパルス列から一部のパルスを切り出してパルス群を形成し、その後、増幅する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第1の方法は、１群（バンチ）内のパルス数が少ない場合には簡便な方法であるが、パルス数が増えるに従い、レーザパルスを合成する光学系が複雑になる。また、パルス群内のパルス間隔を一定に保ったり、他の基準周波数に同期させたりすることが困難である。
【０００５】
第２の方法によると、容易に１群内のパルス数を多くすることが可能である。さらに、パルス間隔は、モードロックレーザ発振器でフィードバック制御されるために、容易に他の基準周波数に同期させることができる。ただし、光増幅の過程で、前方のパルスが光増幅器の利得（ゲイン）を消費してしまい、後方の増幅率が低下してしまう現象が生じる。このため、パルス群内の後方のパルスの強度が、前方のパルスの強度よりも小さくなってしまう。パルス強度を揃えるために、下記のいずれかの方法が採用される場合がある。
【０００６】
第1の方法は、利得媒質における単位体積あたりの増幅率を低下させて、時間軸上でほぼ均一な増幅率を実現する方法である。この方法では、必要な増幅率を達成するために利得媒質の体積を大きくしなければならない。大きな利得媒質を均一に励起するために、高い励起エネルギが必要になり、全体の効率が低下してしまう。
【０００７】
第２の方法は、利得媒質を励起させるためのフラッシュランプのパルス波形を制御することにより、高安定なマルチバンチレーザビームを得る方法である。しかし、この方法を採用すると、利得媒質の励起回路が複雑になる。
【０００８】
本発明の目的は、パルス強度の揃ったマルチバンチレーザビームを発生するのに適したマルチバンチレーザ発生装置及び発生方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、
パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームが入射し、入射するパルスレーザビームのパルス強度を変調するパルス強度変調器と、
前記パルス強度変調器で変調されたパルスレーザビームが入射し、入射するパルスレーザビームを増幅する光増幅器と、
複数のレーザパルスに亘って、時間の経過とともにパルス強度の減衰量が少なくなるように前記パルス強度変調器を制御する制御装置と
を有し、
前記光増幅器で増幅された複数のレーザパルスのパルス強度の最大値と最小値との差が、前記光増幅器に、前記パルス強度変調器によって変調されていないパルスレーザビームを入射したときの増幅後の複数のレーザパルスのパルス強度の最大値と最小値との差よりも小さくなるように、前記制御装置が前記パルス強度変調器を制御するマルチバンチレーザ発生装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の観点によると、
パルスレーザビームの複数のレーザパルスのパルス強度を、時間の経過とともにパルス強度の減衰量が少なくなるように変調する工程と、
光増幅器を励起した後に、パルス強度の変調されたパルスレーザビームを、該光増幅器に入射させて増幅する工程と
を有し、
前記光増幅器で増幅された複数のレーザパルスのパルス強度の最大値と最小値との差が、パルス強度を変調されていないパルスレーザビームを入射したときの増幅後の複数のレーザパルスのパルス強度の最大値と最小値との差よりも小さくなるように、パルス強度を変調するマルチバンチレーザ発生方法が提供される。
【００１１】
パルス強度変調によってパルス強度を変調しておくことにより、光増幅器の利得消費による増幅率低下の影響を相殺し、パルス強度の揃ったマルチバンチレーザビームを得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施例によるマルチバンチレーザ発生装置のブロック図を示す。実施例によるマルチバンチレーザ発生装置は、モードロックレーザ発振器１、パルススライサ２、パルス強度変調器（パルスモジュレータ）３、及び光増幅器４を含んで構成される。
【００１３】
モードロックレーザ発振器１は、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ等で構成され、２８５６ＭＨｚの基準周波数に同期して、パルス周波数１１９ＭＨｚの直線偏光されたパルスレーザビームＬＢ１を出射する。モードロックレーザ発振器１から出射されたパルスレーザビームＬＢ１が、パルススライサ２に入射する。
【００１４】
パルススライサ２は、制御装置１０から与えられる制御信号に基づいて、パルスレーザビームＬＢ１のレーザパルス列から、所定の通過期間内のパルスのみを通過させ、通過期間以外のパルスを通過させない。これにより、マルチバンチレーザビームＬＢ２が得られる。パルススライサ２を通過したマルチバンチレーザビームＬＢ２が、パルス強度変調器３に入射する。パルス強度変調器３は、制御装置１０から与えられる制御信号に基づいて、パルス強度を変調する。これにより、例えば、後方のパルスほど強度の大きなマルチバンチレーザビームＬＢ３が得られる。
【００１５】
パルス強度変調器３により変調されたマルチバンチレーザビームＬＢ３が、光増幅器４に入射する。光増幅器４は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ等の利得媒質と利得媒質の励起用光源を含んで構成され、入射するマルチバンチレーザビームを増幅する。励起用光源は、制御措置１０から制御を受ける。これにより、増幅されたマルチバンチレーザビームＬＢ４が得られる。
【００１６】
図２を参照して、パルススライサ２及びパルス強度変調器３の構成及び動作について説明する。
【００１７】
図２（Ａ）に、パルススライサ２及びパルス強度変調器３の概略図を示す。パルススライサ２及びパルス強度変調器３は、１／２波長板２０、ポッケルスセル２１、偏光子２２、及び高圧電源２３を含んで構成される。パルスレーザビームが１／２波長板２０により偏光方向を制御され、ポッケルスセル２１に入射する。ポッケルスセル２１は、高圧電源２３から印加される電圧の大きさに依存してパルスレーザビームの偏光方向を旋回させる。ポッケルスセル２１を通過したパルスレーザビームが、偏光子２２に入射角４５°で入射する。
【００１８】
偏光子２２は、入射するパルスレーザビームのうち、入射面（図２（Ａ）の紙面に相当）に平行な偏光成分（Ｐ成分）を透過させ、入射面に垂直な偏光成分（Ｓ成分）を反射する。ポッケルスセル２１によって偏光方向が変えられると、Ｐ成分とＳ成分との強度比が変化する。従って、ポッケルスセル２１によって偏光方向を制御することによって、偏光子２２を透過するパルスの強度を変化させることができる。
【００１９】
１／２波長板２０を通過したパルスレーザビームがＳ成分のみになるように、１／２波長板２０の光学軸方向が調整されている。このため、ポッケルスセル２１に電圧を印加せず、偏光方向の旋回角が０°のとき、パルスレーザビームは偏光子２２を透過しない。ポッケルスセル２１に電圧を印加して、偏光方向を９０°旋回させると、偏光子２２に入射するパルスレーザビームがＰ成分のみになり、偏光子２２を透過するパルスレーザビームの強度が最大になる。
【００２０】
図２（Ｂ）に、１／２波長板２０、ポッケルスセル２１、及び偏光子２２を含む光学装置を、パルススライサ２として動作させる場合の高圧電源２３の電圧波形の一例を示す。時刻ｔ₁からｔ₂までの期間に、一定の電圧が印加され、それ以外の期間には、電圧が印加されない。時刻ｔ₁からｔ₂の期間に印加される電圧は、ポッケルスセル２１が偏光方向をちょうど９０°旋回させる大きさとする。このとき、時刻ｔ₁からｔ₂の期間（通過期間）のみ、パルスレーザビームが偏光子２２を通過する。
【００２１】
図２（Ｃ）に、１／２波長板２０、ポッケルスセル２１、及び偏光子２２を含む光学装置を、パルス強度変調器３として動作させる場合の高圧電源２３の電圧波形の一例を示す。電圧は、時刻ｔ₀よりも前の時点から線形に増加し始め、時刻ｔ₁を過ぎた時点で０Ｖに戻る三角波形状を有する。時刻ｔ₁の時点における電圧が、偏光方向をほぼ９０°旋回させる大きさになるように制御される。
【００２２】
時刻ｔ₀の時点における偏光方向の旋回角が０°よりも大きく９０°よりも小さい。時間の経過とともに電圧が大きくなるため、旋回角が徐々に大きくなる。時刻ｔ₁の時点で旋回角が９０°になる。このため、図２（Ａ）に示した光学装置による減衰量が、時間の経過とともに小さくなる。すなわち、偏光子２２を通過するパルスレーザビームのパルス強度は、時間の経過とともに徐々に大きくなる。
【００２３】
図１に戻って説明を続ける。光増幅器４の利得媒質は、励起光により、例えば２００μｓ程度の周期で励起される。増幅率低下の時定数は約２００μｓである。パルススライサ２で切り出されたマルチバンチレーザビームＬＢ２の最初のパルスから最後のパルスまでの間隔（バンチ幅）は、約１μｓである。このように、マルチバンチレーザビームＬＢ３が光増幅器４を通過する時間は、増幅率低下の時定数に比べて十分短い。
【００２４】
光増幅器４の利得媒質は、パルス強度変調器３によって変調されたマルチバンチレーザビームＬＢ３が入射する直前に励起され、マルチバンチレーザビームＬＢ３が通過する期間には、励起されない。このため、マルチバンチレーザビームＬＢ３のパルスが増幅されると、利得媒質の利得が消費され、光増幅器４の増幅率が低下する。
【００２５】
上記実施例では、光増幅器４に入射するマルチバンチレーザビームＬＢ３の後方のパルスほど強度が大きい。すなわち、強度の大きなパルスの増幅率が、強度の小さなパルスの増幅率よりも小さくなる。マルチバンチレーザビームＬＢ３のパルス強度の増加の程度を調節することにより、光増幅器４で増幅されたマルチバンチレーザビームＬＢ４のパルスの強度を均一に近づけることができる。
【００２６】
パルス数１００、パルス幅３〜１０ｐｓ、パルス周波数１１９ＭＨｚ、パルス強度変調前のパルスエネルギ１ｎＪ、増幅後のパルスエネルギ７５０μＪ、増幅後のマルチバンチレーザビームのパルス強度変動幅１０％以下となる条件で増幅を行う場合、上記実施例による方法では、光増幅器４の利得媒質の体積を０．３ｃｍ³とし、励起光強度を０．６Ｊすればよいとの計算結果を得られた。
【００２７】
図３（Ａ）に、増幅前のマルチバンチレーザビームの波形を示し、図３（Ｂ）に、増幅後のマルチバンチレーザビームの波形を示す。増幅前のマルチバンチレーザビームのパルス強度は、理想的には、パルス数の増加とともに（時間の経過とともに）指数関数的に大きくなる。
【００２８】
これに対し、従来の方法を用いて同じ条件で増幅を行おうとすると、利得媒質の体積を３．６ｃｍ³とし、励起光の強度を７．２Ｊとしなければならないとの計算結果を得た。このように、上記実施例による方法で増幅を行うことにより、利得媒質を小さくし、かつ励起光の強度を弱くすることができる。
【００２９】
上記実施例では、パルス強度変調器３を構成するポッケルスセル２１に印加する電圧を線形に増加させたが、その他の単調に増加する波形としてもよい。光増幅器４をレーザパルスが通過することによる利得の低下の割合に依存して、好適な電圧波形が選択される。例えば、光増幅器４で増幅されたパルスレーザビームＬＢ４のパルス強度の最大値と最小値との差が、パルス強度変調器３によって変調されていないパルスレーザビームを光増幅器４に入射したときの増幅後のパルスレーザビームのパルス強度の最大値と最小値との差よりも小さくなるように、パルス強度を変調すればよい。このような変調を行うために、指数関数的に増加する波形が好ましい場合もあるであろう。
【００３０】
上記実施例では、図１に示したように、パルススライサ２とパルス強度変調器３とを１個ずつ配置したが、図２（Ａ）に示したポッケルスセル２１に印加する電圧波形を制御することにより、パルススライサ２とパルス強度変調器３との機能を、１つのポッケルスセルを含む光学装置で実現することも可能である。
【００３１】
図２（Ｄ）に、パルススライサ２とパルス強度変調器３との機能を１つのポッケルスセルで実現する場合の電圧波形の一例を示す。時刻ｔ₀において電圧が急激に立ち上がり、時刻ｔ₀からｔ₁までの間は、電圧が単調に、例えば線形に増加する。時刻ｔ₁において、電圧が急激に立ち下がる。時刻ｔ₀及びｔ₁における電圧の立ち上がり及び立ち下りの時間は、モードロックレーザ発振器１から出射されるパルスレーザビームＬＢ１のパルスの周期以下である。
【００３２】
このように、時刻ｔ₀からｔ₁の間以外の期間の印加電圧を０Ｖとし、時刻ｔ₀からｔ₁までの期間を、電圧が単調に増加する波形に直流成分を重畳させた波形とすることにより、図２（Ａ）に示したポッケルスセル２１を含む１つの光学装置により、パルススライサ２とパルス強度変調器３との２つの機能を実現することができる。
【００３３】
図４に、上記実施例によるマルチバンチレーザビーム発生装置を用いたＸ線発生装置のブロック図を示す。上記実施例によるマルチバンチレーザ発生装置３０から出射されたマルチバンチレーザビームが波長変換素子３１に入射する。波長変換素子３１は、入射するマルチバンチレーザビームの４倍高調波を発生する。４倍高調波が、電子銃３２のフォトカソードに入射する。フォトカソードから放出された光電子が電子銃３２内の加速電界によって加速され、パルス状の電子ビームが出射される。
【００３４】
電子銃３２から出射されたパルス状の電子ビームが、リニアック３３で加速される。リニアック３３で加速されたパルス状電子ビームに、パルスレーザ発振器３４から出射されたパルスレーザビームが衝突する。この衝突によって、逆コンプトン散乱過程によるＸ線が発生する。マルチバンチレーザ発生装置３０、電子銃３２、リニアック３３、及びパルスレーザ発振器３４は、制御装置３５によって同期がとられている。
【００３５】
マルチバンチレーザ発生装置３０から出射されるマルチバンチレーザのパルス強度が揃っているため、電子銃３２から出射されるパルス状電子ビームの各パルスの電子密度を均一化させることができる。
【００３６】
また、図４に示したマルチバンチレーザ発生装置３０、波長変換素子３１、及び電子銃３２は、自由電子レーザ発生装置のパルス状電子ビーム発生源として用いることも可能である。
【００３７】
また、上記実施例によるマルチバンチレーザ発生装置は、レーザドリル用のレーザ光源として用いることもできる。１群内のパルス数や、パルス強度のピークを結ぶ包絡線の形状を変えることにより、加工される穴の形状等を制御することができる。さらに、上記実施例によるマルチバンチレーザ発生装置を、ポンププローブ法によるレーザ計測用の光源として使用することにより、高い時間分解能を得ることができる。
【００３８】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光増幅器の利得の低下に対応して、光増幅器に入射するパルスレーザビームのパルス強度を変調しておくことにより、増幅後のパルスレーザビームのパルス強度を、所望の大きさにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるマルチバンチレーザ発生装置のブロック図である。
【図２】パルススライサ及びパルス強度変調器の概略図、及びポッケルスセルに印加される電圧波形の一例を示すグラフである。
【図３】実施例によるマルチバンチレーザ発生装置内の増幅前のマルチバンチレーザビーム波形及び増幅後のマルチバンチレーザビーム波形を示すグラフである。
【図４】実施例によるマルチバンチレーザ発生装置を用いたＸ線発生装置のブロック図である。
【符号の説明】
１モードロックレーザ発振器
２パルススライサ
３パルス強度変調器
４光増幅器
１０制御装置
２０１／２波長板
２１ポッケルスセル
２２偏光子
２３高圧電源
３０マルチバンチレーザ発生装置
３１波長変換素子
３２電子銃
３３リニアック
３４パルスレーザ発振器
３５制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-bunch laser generation apparatus and generation method, and more particularly to an apparatus and a generation method for generating a multi-bunch laser by amplifying a laser beam including a plurality of pulses with an optical amplifier.
[0002]
[Prior art]
As a method for generating a multi-bunch laser beam in which a plurality of laser pulses are gathered, the following two methods are known.
[0003]
The first method is a method of optically combining a plurality of laser pulses to form a pulse group. The second method is a method in which some pulses are cut out from a laser pulse train emitted from a mode-locked laser oscillator to form a pulse group, and then amplified.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The first method is a simple method when the number of pulses in one group (bunch) is small, but the optical system for synthesizing laser pulses becomes more complex as the number of pulses increases. In addition, it is difficult to keep the pulse interval in the pulse group constant or to synchronize with another reference frequency.
[0005]
According to the second method, the number of pulses in one group can be easily increased. Furthermore, since the pulse interval is feedback controlled by a mode-locked laser oscillator, it can be easily synchronized with another reference frequency. However, in the process of optical amplification, the front pulse consumes the gain of the optical amplifier, and a phenomenon occurs in which the rear gain is lowered. For this reason, the intensity | strength of the back pulse in a pulse group will become smaller than the intensity | strength of a front pulse. In order to make the pulse intensities uniform, any of the following methods may be employed.
[0006]
The first method is a method of reducing the amplification factor per unit volume in the gain medium and realizing a substantially uniform amplification factor on the time axis. In this method, the volume of the gain medium must be increased in order to achieve the required gain. In order to uniformly excite a large gain medium, high excitation energy is required, and the overall efficiency is lowered.
[0007]
The second method is a method of obtaining a highly stable multi-bunch laser beam by controlling the pulse waveform of the flash lamp for exciting the gain medium. However, when this method is adopted, the gain medium excitation circuit becomes complicated.
[0008]
An object of the present invention is to provide a multi-bunch laser generator and a generation method suitable for generating a multi-bunch laser beam with uniform pulse intensity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the invention,
A laser light source that emits a pulsed laser beam;
A pulse intensity modulator that receives a pulse laser beam emitted from the laser light source and modulates a pulse intensity of the incident pulse laser beam; and
An optical amplifier that a pulse laser beam modulated by the pulse intensity modulator is incident and amplifies the incident pulse laser beam; and
Over a plurality of laser pulses, it has a control device for controlling the pulse intensity modulator as attenuation of the pulse intensity is decreased with the lapse of time,
After amplification when a pulse laser beam that is not modulated by the pulse intensity modulator is incident on the optical amplifier, the difference between the maximum value and the minimum value of the pulse intensity of the plurality of laser pulses amplified by the optical amplifier There is provided a multi-bunch laser generator in which the control device controls the pulse intensity modulator such that the difference between the maximum value and the minimum value of the pulse intensities of the plurality of laser pulses is smaller .
[0010]
According to another aspect of the invention,
Modulating the pulse intensity of the plurality of laser pulses of the pulsed laser beam so that the amount of attenuation of the pulse intensity decreases with time;
After exciting the optical amplifier, the modulated pulse laser beam pulse intensity, possess a step of amplifying by entering the optical amplifier,
The pulse intensity of a plurality of laser pulses after amplification when the difference between the maximum value and the minimum value of the pulse intensity of the plurality of laser pulses amplified by the optical amplifier is incident on a pulse laser beam whose pulse intensity is not modulated. A multi-bunch laser generation method for modulating the pulse intensity so as to be smaller than the difference between the maximum value and the minimum value is provided.
[0011]
By modulating the pulse intensity by the pulse intensity modulation, it is possible to cancel the influence of the decrease in amplification factor due to the gain consumption of the optical amplifier, and to obtain a multi-bunch laser beam with uniform pulse intensity.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram of a multi-bunch laser generator according to an embodiment of the present invention. The multi-bunch laser generator according to the embodiment includes a mode-locked laser oscillator 1, a pulse slicer 2, a pulse intensity modulator (pulse modulator) 3, and an optical amplifier 4.
[0013]
The mode-locked laser oscillator 1 is composed of, for example, an Nd: YAG laser, an Nd: YLF laser, or the like, and emits a linearly polarized pulsed laser beam LB1 having a pulse frequency of 119 MHz in synchronization with a reference frequency of 2856 MHz. A pulsed laser beam LB1 emitted from the mode-locked laser oscillator 1 enters the pulse slicer 2.
[0014]
Based on the control signal given from the control device 10, the pulse slicer 2 passes only pulses within a predetermined passage period from the laser pulse train of the pulse laser beam LB1, and does not pass pulses other than the passage period. Thereby, the multi-bunch laser beam LB2 is obtained. The multi-bunch laser beam LB2 that has passed through the pulse slicer 2 enters the pulse intensity modulator 3. The pulse intensity modulator 3 modulates the pulse intensity based on the control signal given from the control device 10. Thereby, for example, the multi-bunch laser beam LB3 having a greater intensity as the backward pulse is obtained.
[0015]
The multi-bunch laser beam LB3 modulated by the pulse intensity modulator 3 enters the optical amplifier 4. The optical amplifier 4 includes a gain medium such as Nd: YAG or Nd: YLF and a light source for exciting the gain medium, and amplifies the incident multi-bunch laser beam. The excitation light source is controlled by the control measure 10. Thereby, an amplified multi-bunch laser beam LB4 is obtained.
[0016]
The configuration and operation of the pulse slicer 2 and the pulse intensity modulator 3 will be described with reference to FIG.
[0017]
FIG. 2A shows a schematic diagram of the pulse slicer 2 and the pulse intensity modulator 3. The pulse slicer 2 and the pulse intensity modulator 3 are configured to include a half-wave plate 20, a Pockels cell 21, a polarizer 22, and a high-voltage power supply 23. The direction of polarization of the pulse laser beam is controlled by the half-wave plate 20 and enters the Pockels cell 21. The Pockels cell 21 rotates the polarization direction of the pulse laser beam depending on the magnitude of the voltage applied from the high voltage power source 23. The pulse laser beam that has passed through the Pockels cell 21 enters the polarizer 22 at an incident angle of 45 °.
[0018]
The polarizer 22 transmits a polarized component (P component) parallel to the incident surface (corresponding to the paper surface of FIG. 2A) of the incident pulse laser beam, and is polarized perpendicular to the incident surface (S component). To reflect. When the polarization direction is changed by the Pockels cell 21, the intensity ratio between the P component and the S component changes. Therefore, by controlling the polarization direction by the Pockels cell 21, the intensity of the pulse transmitted through the polarizer 22 can be changed.
[0019]
The optical axis direction of the half-wave plate 20 is adjusted so that the pulse laser beam that has passed through the half-wave plate 20 has only an S component. For this reason, when no voltage is applied to the Pockels cell 21 and the turning angle in the polarization direction is 0 °, the pulse laser beam does not pass through the polarizer 22. When a voltage is applied to the Pockels cell 21 and the polarization direction is rotated by 90 °, the pulse laser beam incident on the polarizer 22 becomes only the P component, and the intensity of the pulse laser beam transmitted through the polarizer 22 is maximized. .
[0020]
FIG. 2B shows an example of a voltage waveform of the high-voltage power supply 23 when an optical device including the half-wave plate 20, the Pockels cell 21, and the polarizer 22 is operated as the pulse slicer 2. A constant voltage is applied during the period from time t ₁ to t ₂ , and no voltage is applied during other periods. The voltage applied during the period from the time t ₁ to the time t ₂ is set so that the Pockels cell 21 rotates the polarization direction by exactly 90 °. At this time, the pulsed laser beam passes through the polarizer 22 only during the period from time t ₁ to t ₂ (passing period).
[0021]
FIG. 2C shows an example of a voltage waveform of the high-voltage power supply 23 when an optical device including the half-wave plate 20, the Pockels cell 21, and the polarizer 22 is operated as the pulse intensity modulator 3. The voltage starts to increase linearly from a time point before time t ₀ and has a triangular wave shape that returns to 0 V after time t ₁ . The voltage at the time t ₁ is controlled so as to have a magnitude that rotates the polarization direction by approximately 90 °.
[0022]
The turning angle in the polarization direction at time t ₀ is larger than 0 ° and smaller than 90 °. Since the voltage increases with the passage of time, the turning angle gradually increases. The turning angle becomes 90 ° at time t ₁ . For this reason, the amount of attenuation by the optical device shown in FIG. 2A decreases with time. That is, the pulse intensity of the pulse laser beam passing through the polarizer 22 gradually increases with time.
[0023]
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The gain medium of the optical amplifier 4 is excited with a period of, for example, about 200 μs by the excitation light. The time constant for decreasing the amplification factor is about 200 μs. The interval (bunch width) from the first pulse to the last pulse of the multi-bunch laser beam LB2 cut out by the pulse slicer 2 is about 1 μs. Thus, the time for the multi-bunch laser beam LB3 to pass through the optical amplifier 4 is sufficiently shorter than the time constant for reducing the amplification factor.
[0024]
The gain medium of the optical amplifier 4 is excited just before the multi-bunch laser beam LB3 modulated by the pulse intensity modulator 3 is incident, and is not excited in the period during which the multi-bunch laser beam LB3 passes. For this reason, when the pulse of the multi-bunch laser beam LB3 is amplified, the gain of the gain medium is consumed and the amplification factor of the optical amplifier 4 decreases.
[0025]
In the embodiment described above, the intensity of the pulse behind the multi-bunch laser beam LB3 incident on the optical amplifier 4 is higher. That is, the amplification factor of the high intensity pulse is smaller than the amplification factor of the low intensity pulse. By adjusting the degree of increase in the pulse intensity of the multi-bunch laser beam LB3, the intensity of the pulse of the multi-bunch laser beam LB4 amplified by the optical amplifier 4 can be made close to uniform.
[0026]
Amplification under the conditions that the number of pulses is 100, the pulse width is 3 to 10 ps, the pulse frequency is 119 MHz, the pulse energy before pulse intensity modulation is 1 nJ, the pulse energy after amplification is 750 μJ, and the pulse intensity fluctuation width of the amplified multi-bunch laser beam is 10% or less. In the method according to the above embodiment, the calculation result is obtained that the volume of the gain medium of the optical amplifier 4 is 0.3 cm ³ and the excitation light intensity is 0.6 J.
[0027]
FIG. 3A shows the waveform of the multi-bunch laser beam before amplification, and FIG. 3B shows the waveform of the multi-bunch laser beam after amplification. The pulse intensity of the multi-bunch laser beam before amplification ideally increases exponentially with increasing number of pulses (with time).
[0028]
On the other hand, when amplification was performed under the same conditions using the conventional method, a calculation result was obtained that the volume of the gain medium must be 3.6 cm ³ and the intensity of the excitation light must be 7.2 J. Thus, by performing amplification by the method according to the above embodiment, the gain medium can be reduced and the intensity of the excitation light can be reduced.
[0029]
In the above embodiment, the voltage applied to the Pockels cell 21 constituting the pulse intensity modulator 3 is linearly increased. However, other monotonically increasing waveforms may be used. A suitable voltage waveform is selected depending on the rate of decrease in gain due to the laser pulse passing through the optical amplifier 4. For example, the amplification when the pulse laser beam that is not modulated by the pulse intensity modulator 3 is incident on the optical amplifier 4 due to the difference between the maximum value and the minimum value of the pulse intensity of the pulse laser beam LB4 amplified by the optical amplifier 4. What is necessary is just to modulate a pulse intensity so that it may become smaller than the difference of the maximum value and minimum value of the pulse intensity of a subsequent pulse laser beam. In order to perform such modulation, an exponentially increasing waveform may be preferred.
[0030]
In the above embodiment, one pulse slicer 2 and one pulse intensity modulator 3 are arranged as shown in FIG. 1, but the voltage waveform applied to the Pockels cell 21 shown in FIG. Accordingly, the functions of the pulse slicer 2 and the pulse intensity modulator 3 can be realized by an optical device including one Pockels cell.
[0031]
FIG. 2D shows an example of a voltage waveform when the functions of the pulse slicer 2 and the pulse intensity modulator 3 are realized by one Pockels cell. The voltage rises abruptly at time t _0, between the time t ₀ to t ₁ is monotonically voltage increases example linearly. At time t ₁ , the voltage suddenly falls. The rise and fall times of the voltage at times t ₀ and t ₁ are less than or equal to the pulse period of the pulse laser beam LB1 emitted from the mode-locked laser oscillator 1.
[0032]
As described above, the applied voltage in a period other than between time t ₀ and t ₁ is set to 0 V, and the period from time t ₀ to t ₁ is set to a waveform in which a DC component is superimposed on a waveform in which the voltage monotonously increases. Thus, the two functions of the pulse slicer 2 and the pulse intensity modulator 3 can be realized by one optical device including the Pockels cell 21 shown in FIG.
[0033]
FIG. 4 shows a block diagram of an X-ray generator using the multi-bunch laser beam generator according to the above embodiment. The multi-bunch laser beam emitted from the multi-bunch laser generator 30 according to the above embodiment enters the wavelength conversion element 31. The wavelength conversion element 31 generates a fourth harmonic of the incident multi-bunch laser beam. The fourth harmonic is incident on the photocathode of the electron gun 32. Photoelectrons emitted from the photocathode are accelerated by an accelerating electric field in the electron gun 32, and a pulsed electron beam is emitted.
[0034]
The pulsed electron beam emitted from the electron gun 32 is accelerated by the linac 33. The pulsed laser beam emitted from the pulsed laser oscillator 34 collides with the pulsed electron beam accelerated by the linac 33. This collision generates X-rays due to the inverse Compton scattering process. The multi-bunch laser generator 30, the electron gun 32, the linac 33, and the pulse laser oscillator 34 are synchronized by a control device 35.
[0035]
Since the pulse intensity of the multi-bunch laser emitted from the multi-bunch laser generator 30 is uniform, the electron density of each pulse of the pulsed electron beam emitted from the electron gun 32 can be made uniform.
[0036]
Further, the multi-bunch laser generator 30, the wavelength conversion element 31, and the electron gun 32 shown in FIG. 4 can also be used as a pulsed electron beam generation source of the free electron laser generator.
[0037]
The multi-bunch laser generator according to the above embodiment can also be used as a laser light source for a laser drill. By changing the number of pulses in one group and the shape of the envelope connecting the peak of the pulse intensity, the shape of the hole to be processed can be controlled. Furthermore, high time resolution can be obtained by using the multi-bunch laser generator according to the above embodiment as a light source for laser measurement by the pump probe method.
[0038]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the pulse of the pulse laser beam after amplification is modulated by modulating the pulse intensity of the pulse laser beam incident on the optical amplifier in response to a decrease in the gain of the optical amplifier. The strength can be as large as desired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a multi-bunch laser generator according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram of a pulse slicer and a pulse intensity modulator, and a graph showing an example of a voltage waveform applied to a Pockels cell.
FIG. 3 is a graph showing a multi-bunch laser beam waveform before amplification and a multi-bunch laser beam waveform after amplification in the multi-bunch laser generator according to the embodiment.
FIG. 4 is a block diagram of an X-ray generator using the multi-bunch laser generator according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mode-locked laser oscillator 2 Pulse slicer 3 Pulse intensity modulator 4 Optical amplifier 10 Controller 20 1/2 wavelength plate 21 Pockels cell 22 Polarizer 23 High voltage power supply 30 Multi-bunch laser generator 31 Wavelength conversion element 32 Electron gun 33 Linac 34 Pulse laser oscillator 35 controller

Claims

パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームが入射し、入射するパルスレーザビームのパルス強度を変調するパルス強度変調器と、
前記パルス強度変調器で変調されたパルスレーザビームが入射し、入射するパルスレーザビームを増幅する光増幅器と、
複数のレーザパルスに亘って、時間の経過とともにパルス強度の減衰量が少なくなるように前記パルス強度変調器を制御する制御装置と
を有し、
前記光増幅器で増幅された複数のレーザパルスのパルス強度の最大値と最小値との差が、前記光増幅器に、前記パルス強度変調器によって変調されていないパルスレーザビームを入射したときの増幅後の複数のレーザパルスのパルス強度の最大値と最小値との差よりも小さくなるように、前記制御装置が前記パルス強度変調器を制御するマルチバンチレーザ発生装置。A laser light source that emits a pulsed laser beam;
A pulse intensity modulator that receives a pulse laser beam emitted from the laser light source and modulates a pulse intensity of the incident pulse laser beam; and
An optical amplifier that a pulse laser beam modulated by the pulse intensity modulator is incident and amplifies the incident pulse laser beam; and
Over a plurality of laser pulses, it has a control device for controlling the pulse intensity modulator as attenuation of the pulse intensity is decreased with the lapse of time,
After amplification when a pulse laser beam that is not modulated by the pulse intensity modulator is incident on the optical amplifier, the difference between the maximum value and the minimum value of the pulse intensity of the plurality of laser pulses amplified by the optical amplifier A multi-bunch laser generator in which the control device controls the pulse intensity modulator such that the difference between the maximum value and the minimum value of the pulse intensities of the plurality of laser pulses becomes smaller .

さらに、前記レーザ光源と前記パルス強度変調器との間に配置され、該レーザ光源から出射されたパルスレーザビームのうち、ある通過期間のみパルスレーザビームを通過させ、通過したレーザビームを前記パルス強度変調器に入射させるパルススライサを有する請求項１に記載のマルチバンチレーザ発生装置。Further, the pulse laser beam is disposed between the laser light source and the pulse intensity modulator, and the pulse laser beam is allowed to pass through the pulse laser beam emitted from the laser light source only during a certain passing period. The multi-bunch laser generator according to claim 1 , further comprising a pulse slicer that is incident on the modulator.

前記制御装置は、前記パルススライサを通過して前記パルス強度変調器にパルスレーザビームが入射する期間が、前記光増幅器の増幅率低下の時定数よりも短くなるように該パルススライサを制御し、前記パルスレーザビームが前記光増幅器に入射する前に該光増幅器を励起し、該パルスレーザビームが該光増幅器に入射している期間は、該光増幅器を励起しない請求項２に記載のマルチバンチレーザ発生装置。The control device controls the pulse slicer so that a period during which the pulse laser beam is incident on the pulse intensity modulator after passing through the pulse slicer is shorter than a time constant of decrease in amplification factor of the optical amplifier, The multibunch according to claim 2 , wherein the optical amplifier is excited before the pulsed laser beam is incident on the optical amplifier, and the optical amplifier is not excited during a period when the pulsed laser beam is incident on the optical amplifier. Laser generator.

パルスレーザビームの複数のレーザパルスのパルス強度を、時間の経過とともにパルス強度の減衰量が少なくなるように変調する工程と、
光増幅器を励起した後に、パルス強度の変調されたパルスレーザビームを、該光増幅器に入射させて増幅する工程と
を有し、
前記光増幅器で増幅された複数のレーザパルスのパルス強度の最大値と最小値との差が、パルス強度を変調されていないパルスレーザビームを入射したときの増幅後の複数のレーザパルスのパルス強度の最大値と最小値との差よりも小さくなるように、パルス強度を変調するマルチバンチレーザ発生方法。Modulating the pulse intensity of the plurality of laser pulses of the pulsed laser beam so that the amount of attenuation of the pulse intensity decreases with time;
After exciting the optical amplifier, the modulated pulse laser beam pulse intensity, possess a step of amplifying by entering the optical amplifier,
The pulse intensity of a plurality of laser pulses after amplification when the difference between the maximum value and the minimum value of the pulse intensity of the plurality of laser pulses amplified by the optical amplifier is incident on a pulse laser beam whose pulse intensity is not modulated. A multi-bunch laser generation method for modulating the pulse intensity so as to be smaller than the difference between the maximum value and the minimum value .

前記パルスレーザビームのパルス強度を変調する工程の前に、さらに、パルスレーザビームの複数のレーザパルスから、前記光増幅器の増幅率低下の時定数よりも短いある通過期間のみの複数のパルスを切り出す工程を有し、
前記増幅する工程において、前記光増幅器に前記パルスレーザビームが入射している期間は、該光増幅器を励起せず、
前記パルス強度を変調する工程において、切り出された複数のパルスの強度を変調する請求項４に記載のマルチバンチレーザ発生方法。Prior to the step of modulating the pulse intensity of the pulsed laser beam, a plurality of pulses having only a passing period shorter than the time constant for decreasing the amplification factor of the optical amplifier are further cut out from the plurality of laser pulses of the pulsed laser beam. Having a process,
In the step of amplifying, during the period when the pulse laser beam is incident on the optical amplifier, the optical amplifier is not excited,
The multi-bunch laser generation method according to claim 4 , wherein in the step of modulating the pulse intensity, the intensity of a plurality of extracted pulses is modulated.