特表 2023-537656 レーザパルスエネルギー増幅装置、方法及びフェムト秒レーザ機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-05

(54)【発明の名称】レーザパルスエネルギー増幅装置、方法及びフェムト秒レーザ機器

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/365 20060101AFI20230829BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20230829BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20230829BHJP

【ＦＩ】

G02F1/365

H01S3/10 D

H01S3/067

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022574289

(86)(22)【出願日】2021-09-08

(85)【翻訳文提出日】2022-12-01

(86)【国際出願番号】 CN2021117236

(87)【国際公開番号】W WO2022057709

(87)【国際公開日】2022-03-24

(31)【優先権主張番号】202010977397.5

(32)【優先日】2020-09-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520097319

【氏名又は名称】フェムトセカンド リサーチ センター カンパニー、リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＦＥＭＴＯＳＥＣＯＮＤ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＥＮＴＥＲ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】ＸＵ， Ｂｉｎｇｗｅｉ Ｕｎｉｔ ６１６－６１８， Ｚｏｎｅ Ａ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｈｉｇｈ－ＴｅｃｈＩｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｎｏ． ８０ Ｌａｎｙｕｅ Ｒｏａｄ， Ｈｕａｎｇｐｕ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１００００ （ＣＮ）

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】徐 炳蔚

(72)【発明者】

【氏名】朱 欣

【テーマコード（参考）】

2K102

5F172

【Ｆターム（参考）】

2K102AA06

2K102BA20

2K102BA22

2K102BB03

2K102BB04

2K102BC02

2K102BD09

2K102DA06

2K102DA09

2K102EA25

2K102EB10

2K102EB20

2K102EB22

5F172AM08

5F172DD03

5F172NN17

5F172NQ64

5F172ZA01

5F172ZA02

5F172ZA04

5F172ZZ04

(57)【要約】

本願はレーザパルスエネルギー増幅装置、方法及びフェムト秒レーザ機器に関し、レーザパルスエネルギー増幅装置は順次接続された非線形パルス増幅器とパルス整形器を含み、パルス増幅器はレーザシード光源の出力口に接続され、パルス整形器に接続され、フェムト秒パルスを出力し、レーザシード光源はレーザシードパルスを発生させ、パルス増幅器に入力することに用いられ、パルス増幅器は前記レーザシードパルスに非線形位相シフトを導入し、エネルギー増幅及びスペクトル広がりを行い、非線形位相を含み且つエネルギーを増幅したレーザパルスを前記パルス整形器に入力することに用いられ、パルス整形器は前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを直接出力することに用いられる。該技術的解決手段では、チャープパルス増幅技術を用いる光ファイバ増幅器を使用する必要がなく、装置のコストが節約され、高出力フェムト秒レーザ機器の発生のコストが低減され、生成効率が向上する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザパルスエネルギー増幅装置であって、
順次接続されたパルス増幅器とパルス整形器を含み、
前記パルス増幅器はレーザシード光源の出力口に接続され、前記パルス整形器の出力端はフェムト秒レーザパルスを出力し、
前記レーザシード光源は、レーザシードパルスを発生させ、前記パルス増幅器に入力することに用いられ、
前記パルス増幅器は、非線形位相シフトをレーザシードパルスに導入して該レーザシードパルスを時間領域に広げるとともに、その対応するスペクトルを周波数領域に広げ、非線形位相を含み且つエネルギーを増幅したレーザパルスを前記パルス整形器に出力することに用いられ、
前記パルス整形器は、前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び／又は非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力することに用いられるレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項2】

前記パルス増幅器は順次接続されたポンプ光源と非線形性の媒体を含み、
前記ポンプ光源は前記レーザシードパルスに対してエネルギー増幅を行うことに用いられ、前記非線形性の媒体は非線形位相を前記レーザシードパルスに導入することに用いられる請求項１に記載のレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項3】

前記パルス増幅器は、順次接続された大電力ポンプ光源と弱い非線形性の媒体を含む請求項２に記載のレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項4】

前記非線形性の媒体は、強い非線形性のアクティブ光ファイバ及び／又は強い非線形性のパッシブ光ファイバを含む請求項２に記載のレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項5】

前記パルス増幅器は、順次接続されたポンプ光源、強い非線形性のアクティブ光ファイバ、及び強い非線形性のパッシブ光ファイバを含む請求項４に記載のレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項6】

前記パルス整形器は、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定するための測定モジュールと、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相に基づいて前記レーザパルスに対して位相補償を行い、前記レーザパルスをガウス又は略ガウス形状に圧縮し、フーリエ変換限界に近いフェムト秒レーザパルスを出力するための補償モジュールと、を含む請求項１に記載のレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項7】

レーザパルス増幅方法であって、
前記レーザシード光源から出力されたレーザシードパルスを受信するステップと、
非線形位相シフトをレーザシードパルスに導入して該レーザシードパルスを時間領域に広げるとともに、その対応するスペクトルを周波数領域に広げ、非線形位相を含み且つエネルギーを増幅したレーザパルスを前記パルス整形器に出力するステップと、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力するステップと、を含むことを特徴とするレーザパルス増幅方法。

【請求項8】

ポンプ光源を用いて前記レーザシードパルスに対してエネルギー増幅を行い、非線形性の媒体を用いて非線形位相を前記レーザシードパルスに導入することを特徴とする請求項７に記載のレーザパルス増幅方法。

【請求項9】

前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力する前記ステップは、
前記レーザパルスのパルス形状と非線形位相を測定するステップと、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は非線形位相に基づいて前記レーザパルスに対して位相補償を行い、前記レーザパルスをガウス又は略ガウス形状に圧縮し、フーリエ変換限界に近いフェムト秒レーザパルスを出力するステップと、を含む請求項７に記載のレーザパルス増幅方法。

【請求項10】

フェムト秒レーザ機器であって、
レーザシード光源とレーザパルスエネルギー増幅装置を含み、
前記レーザパルスエネルギー増幅装置は、順次接続されたパルス増幅器とパルス整形器を含み、
前記パルス増幅器はレーザシード光源の出力口に接続され、前記パルス整形器の出力端はフェムト秒レーザパルスを出力し、
前記レーザシード光源はレーザシードパルスを発生させ、前記パルス増幅器に入力することに用いられ、
前記パルス増幅器は非線形位相シフトをレーザシードパルスに導入して該レーザシードパルスを時間領域に広げるとともに、その対応するスペクトルを周波数領域に広げ、非線形位相を含み且つエネルギーを増幅したレーザパルスを前記パルス整形器に出力することに用いられ、
前記パルス整形器は前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び／又は非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力することに用いられるフェムト秒レーザ機器。

【請求項11】

前記パルス増幅器は順次接続されたポンプ光源と非線形性の媒体を含み、
前記ポンプ光源は前記レーザシードパルスに対してエネルギー増幅を行うことに用いられ、前記非線形性の媒体は非線形位相を前記レーザシードパルスに導入することに用いられる請求項１０に記載のフェムト秒レーザ機器。

【請求項12】

前記パルス増幅器は、順次接続された大電力ポンプ光源と弱い非線形性の媒体を含む請求項１１に記載のフェムト秒レーザ機器。

【請求項13】

前記非線形性の媒体は、強い非線形性のアクティブ光ファイバ及び／又は強い非線形性のパッシブ光ファイバを含む請求項１１に記載のフェムト秒レーザ機器。

【請求項14】

前記パルス増幅器は、順次接続されたポンプ光源、強い非線形性のアクティブ光ファイバ、及び強い非線形性のパッシブ光ファイバを含む請求項１３に記載のフェムト秒レーザ機器。

【請求項15】

前記パルス整形器は、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定するための測定モジュールと、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相に基づいて前記レーザパルスに対して位相補償を行い、前記レーザパルスをガウス又は略ガウス形状に圧縮し、フーリエ変換限界に近いフェムト秒レーザパルスを出力するための補償モジュールと、を含む請求項１０に記載のフェムト秒レーザ機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、レーザの技術分野に関し、特にレーザパルスエネルギー増幅装置、方法及びフェムト秒レーザ機器である。

【背景技術】

【0002】

発明者は、非線形顕微鏡技術において、一般的に特殊なスペクトルのレーザパルスを使用して、所望の非線形物理プロセスを励起し、スペクトル信号を生成する必要があることを発見した。このような特殊な光源を生成する一般的な方法は、図１に示すように、高出力フェムト秒レーザシード光源と高い非線形性を有するフォトニック結晶ファイバ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｅｒ、ＰＣＦと略称）を利用し、レーザによって生成されたレーザパルスをＰＣＦ光ファイバのコアに集束させることにより、スーパーコンティニュームを生成する。

【0003】

高出力フェムト秒レーザシード光源は、通常、光ファイバ増幅器によって実現され、例えば中国特許出願第２０１７１０９１６８６０．３号では、光ファイバ増幅器の一般的な実現方式は主にチャープパルス増幅（ＣＰＡ）を使用することにより、増幅中においてエネルギーを増幅したパルスによって利得光ファイバが焼損されないことを確保するとともに、エネルギーの増幅中において大量のパルス圧縮器によって補償できない非線形位相シフトを導入することが回避される。図２に示すように、その基本原理は、一般的に、パルスが増幅器に入る前にパルスストレッチャ（ｐｕｌｓｅ ｓｔｒｅｔｃｈｅｒ、通常は格子対、又は数十又は数百メートルのパッシブ光ファイバである）によって正チャープを導入し、パルスを時間軸で数桁長くし、その後、パルスが増幅された後にパルス圧縮器（ｐｕｌｓｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ、通常は格子対であり、又は特殊設計された負チャープ光ファイバ）によってチャープ補償を行い、さらにパルスを理想的なフェムト秒範囲に圧縮し、これにより所望の高出力フェムト秒レーザシード光源を得る。

【0004】

しかしながら、上記技術的解決手段では、パルスストレッチャとパルス圧縮器を構成する格子対の構築プロセスが複雑で、精度が要求され、特殊に設計された負チャープ光ファイバはコストが高く、その結果、高電力フェムト秒レーザシード光源の生成のコストが高く、効率が低い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本願の目的は、上記技術的欠陥のうちの１つの欠陥、特に高出力フェムト秒レーザシード光源の生成のコストが高く、効率が低いという欠陥を解決し、レーザパルスエネルギー増幅装置、方法及びフェムト秒レーザ機器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

レーザパルスエネルギー増幅装置であって、
順次接続されたパルス増幅器とパルス整形器を含み、
前記パルス増幅器はレーザシード光源の出力口に接続され、前記パルス整形器の出力端はフェムト秒レーザパルスを出力し、
前記レーザシード光源は、レーザシードパルスを発生させ、前記パルス増幅器に入力することに用いられ、
前記パルス増幅器は、非線形位相シフトをレーザシードパルスに導入して該レーザシードパルスを時間領域に広げるとともに、その対応するスペクトルを周波数領域に広げ、非線形位相を含み且つエネルギーを増幅したレーザパルスを前記パルス整形器に出力することに用いられ、
前記パルス整形器は、前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び／又は非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力することに用いられる。

【0007】

一実施例では、前記パルス増幅器は順次接続されたポンプ光源と非線形性の媒体を含み、
前記ポンプ光源は前記レーザシードパルスに対してエネルギー増幅を行うことに用いられ、前記非線形性の媒体は非線形位相を前記レーザシードパルスに導入することに用いられる。

【0008】

一実施例では、前記パルス増幅器は、順次接続された大電力ポンプ光源と弱い非線形性の媒体を含む。

【0009】

一実施例では、前記非線形性の媒体は、強い非線形性のアクティブ光ファイバ及び／又は強い非線形性のパッシブ光ファイバを含む。

【0010】

一実施例では、前記パルス増幅器は、順次接続されたポンプ光源、強い非線形性のアクティブ光ファイバ、及び強い非線形性のパッシブ光ファイバを含む。

【0011】

一実施例では、前記パルス整形器は、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定するための測定モジュールと、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相に基づいて前記レーザパルスに対して位相補償を行い、前記レーザパルスをガウス又は略ガウス形状に圧縮し、フーリエ変換限界に近いフェムト秒レーザパルスを出力するための補償モジュールと、を含む。

【0012】

レーザパルス増幅方法であって、
前記レーザシード光源から出力されたレーザシードパルスを受信するステップと、
非線形位相シフトをレーザシードパルスに導入して該レーザシードパルスを時間領域に広げるとともに、その対応するスペクトルを周波数領域に広げ、非線形位相を含み且つエネルギーを増幅したレーザパルスを前記パルス整形器に出力するステップと、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力するステップと、を含む。

【0013】

一実施例では、ポンプ光源を用いて前記レーザシードパルスに対してエネルギー増幅を行い、非線形性の媒体を用いて非線形位相を前記レーザシードパルスに導入する。

【0014】

一実施例では、前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力する前記ステップは、
前記レーザパルスのパルス形状と非線形位相を測定するステップと、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は非線形位相に基づいて前記レーザパルスに対して位相補償を行い、前記レーザパルスをガウス又はほぼガウス形状に圧縮し、フーリエ変換限界に近いフェムト秒レーザパルスを出力するステップと、を含む。

【0015】

フェムト秒レーザ機器であって、
レーザシード光源とレーザパルスエネルギー増幅装置を含み、
前記レーザパルスエネルギー増幅装置は、順次接続されたパルス増幅器とパルス整形器を含み、
前記パルス増幅器はレーザシード光源の出力口に接続され、前記パルス整形器の出力端はフェムト秒レーザパルスを出力し、
前記レーザシード光源は、レーザシードパルスを発生させ、前記パルス増幅器に入力することに用いられ、
前記パルス増幅器は、非線形位相シフトをレーザシードパルスに導入して該レーザシードパルスを時間領域に広げるとともに、その対応するスペクトルを周波数領域に広げ、非線形位相を含み且つエネルギーを増幅したレーザパルスを前記パルス整形器に出力することに用いられ、
前記パルス整形器は、前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び／又は非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力することに用いられる。

【0016】

上記レーザパルスエネルギー増幅装置、方法及びフェムト秒レーザ機器では、レーザシード光源はレーザシードパルスを発生させる際には、チャープ増幅技術によって線形パルス広がりを行う代わりに、パルス増幅器によってエネルギー増幅中において非線形位相シフトを導入することで、レーザシードパルスを時間領域に非線形的に極度に広げることにより、チャープ増幅と同様の効果を実現し、また、該非線形位相シフトによってレーザシードパルスはエネルギー増幅中において周波数領域にスペクトルが広げられ、フォトニック結晶ファイバのスペクトル広がりと同様の効果が達成される。該技術的解決手段では、チャープパルス増幅技術による光ファイバ増幅器を用いる必要がなく、また、非線形時間領域広がりを利用して利得光ファイバの安全性を確保するとともに、エネルギーを増幅したレーザパルスを発生させることが確保され、装置のコストが節約され、高出力フェムト秒レーザパルスの生成コストが低減される。

【0017】

また、レーザパルスエネルギーの増幅中において、ポンプエネルギーを増大させることにより、非線形位相シフト現象を起こすことができ、さらに非線形性の媒体を用いて大量の非線形位相シフトを導入することで、レーザシードパルスが時間軸で長くなり、スペクトル広がりが発生し、チャープパルス増幅と同様の時間領域の極度な広がり効果及びフォトニック結晶ファイバのスペクトル広がりと同様の効果を実現する。

【0018】

さらに、パルスの整形中において、レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定することにより、レーザパルス中の乱れたパルス列を測定、補償することができ、これにより、スペクトル形状を一致するように保持しながらレーザパルスをガウス又は略ガウス形状に圧縮することができ、これにより、フーリエ変換限界に近いフェムト秒レーザパルスを得ることができる。

【0019】

本願の付加的な態様及び利点は以下の説明において部分的に与えられ、これらは以下の説明から明らかになり、又は本願の実践によって了解される。

【0020】

本願の上記及び／又は付加的な態様及び利点は、以下の図面を参照して実施例に対する説明から明らかになり、理解しやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】一般的なスーパーコンティニュームレーザパルスの生成の概略図である。

【図2】一般的な高出力フェムト秒レーザパルス増幅器の概略図である。

【図3】本願の一実施例に係るレーザパルスエネルギー増幅装置の構造概略図である。

【図4】本願の一実施例に係るレーザパルスのスペクトルが広がった後のスペクトル例示図である。

【図5】本願の一実施例に係るパルス整形器の構造概略図である。

【図6】本願の一実施例に係るレーザパルス増幅方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本願の実施例を詳細に説明し、述べされる実施例の例は図面に示され、ここでは、同一又は類似の符号は終始、同一又は類似の素子又は同一又は類似の機能を有する素子を示す。以下、図面を参照して説明される実施例は例示的なものであり、本願を説明するためのものにすぎず、本願を限定するものと解釈することはできない。

【0023】

当業者であれば理解されるように、特に説明しない限り、ここで使用される単数形「一」、「１つ」、「前記」及び「該」は複数形を含むこともできる。さらに、理解されるように、本願の明細書で使用される用語「含む」は、前記特徴、整数、ステップ、操作が存在することを意味するが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、操作が存在することを排除するものではない。

【0024】

従来の技術では、レーザシード光源によってレーザシードパルスを発生させ、該レーザシードパルスは、エネルギー増幅を行ってから、フェムト秒パルスに圧縮される必要があり、チャープパルス増幅の方式を用いると、エネルギーを増幅したパルスによって利得光ファイバが焼損されないことを確保し、エネルギーの増幅中においてパルス圧縮器によって補償できない大量の非線形位相を導入することを回避することもでき、このような解決手段では、レーザ機器を構築するコストが高く、使用効率に影響を与え、そのため、本願は以下のような技術的解決手段を提供する。

【0025】

図３に示すように、図３は本願の一実施例に係るレーザパルスエネルギー増幅装置の構造概略図であり、該レーザパルスエネルギー増幅装置は順次接続されたパルス増幅器とパルス整形器を含み、
レーザパルスエネルギー増幅装置であって、順次接続されたパルス増幅器とパルス整形器を含み、パルス増幅器はレーザシード光源の出力口に接続され、パルス整形器の出力端はフェムト秒レーザパルスを出力する。

【0026】

レーザシード光源はレーザシードパルスを発生させ、パルス増幅器に入力することに用いられ、パルス増幅器は、非線形位相シフトをレーザシードパルスに導入して該レーザシードパルスを時間領域に広げるとともに、その対応するスペクトルを周波数領域に広げ、非線形位相を含み且つエネルギーを増幅したレーザパルスを前記パルス整形器に出力することに用いられ、パルス整形器は、レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、パルス形状及び／又は非線形位相に基づいてレーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを直接出力することに用いられる。

【0027】

本願の技術的解決手段では、レーザシードパルスを直接増幅し、大量の非線形位相シフトを増幅器内に能動的に導入してレーザパルス形状を変化させ、図４のレーザパルスに示すような複数のパルス列と類似する広がりの形態を形成し、これにより、パルスエネルギーがより長い時間軸で分布するようにし、ピーク電力を低減させて光ファイバ増幅器を保護する役割を果たし、また、このような非線形位相シフトは広がったスペクトルを発生させることができる。

【0028】

図４に示すように、図４は本願の一実施例に係るレーザパルスのスペクトルが広がった後のスペクトル例示図であり、図から分かるように、パルスがパルス増幅器を経た後、レーザパルスはフォトニック結晶ファイバにおけるスーパーコンティニューム広がりと同様の効果を形成し、増幅器において所望のスーパーコンティニュームを直接生成する。但し、このスーパーコンティニュームに対応するレーザパルスは大量の非線形位相シフトを含むため、時間領域には図４の上部に示すような複数のパルス列と類似する形態を示し、非線形位相補償を行い、パルスを圧縮する必要があり、圧縮段階において、スペクトルエネルギーを濾過、傍受することを回避し、パルス整形器によってレーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定してレーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを直接出力する。

【0029】

上記実施例に係るレーザパルスエネルギー増幅装置では、レーザシード光源は、レーザシードパルスを発生させる際には、チャープ増幅技術によるパルスストレッチャによって線形パルス広がりを行う代わりに、パルス増幅器によってエネルギー増幅中において非線形位相シフトを導入することで、レーザシードパルスを時間領域に非線形的に極度に広げることにより、チャープ増幅と同様の効果を実現し、また、該非線形位相シフトは、レーザシードパルスのスペクトルの周波数領域におけるスペクトル広がりをもたらし、フォトニック結晶ファイバのスペクトル広がりと同様の効果が達成される。該技術的解決手段では、チャープパルス増幅技術による光ファイバ増幅器を用いる必要がなく、装置のコストが節約され、高出力フェムト秒レーザシード光源の生成コストが低減され、使用効率が向上する。また、パルスエネルギーの増幅中において、チャープパルス増幅によるスペクトル幅が狭くなることに対して、スペクトル広がりの目的が実現される。

【0030】

以下、本願の技術的解決手段のパルス増幅器のより多くの実施例を説明する。

【0031】

一実施例では、パルス増幅器は順次接続されたポンプ光源と非線形性の媒体を含んでもよく、前記ポンプ光源は前記レーザシードパルスに対してポンプエネルギー増幅を行うことに用いられ、前記非線形性の媒体は非線形位相を前記レーザシードパルスに導入することに用いられる。具体的には、光ファイバコンバイナを介してシード光源伝送ファイバに接続されたポンプ光源は、レーザパルスのポンプエネルギーを増大させ、電気ポンプ又は光ポンプの形態を採用してもよい。非線形性の媒体は、強い非線形性のアクティブ光ファイバ及び／又は強い非線形性のパッシブ光ファイバを用い、非線形性の媒体によって大量の非線形位相シフトを光ファイバに導入することで、パルス非線形時間領域が広げられ、ピーク電力が低下し、利得媒体が保護される。

【0032】

別の実施例では、パルス増幅器は順次接続された大電力ポンプ光源と弱い非線形性の媒体を含んでもよく、パルス増幅器にとって、ポンプ光源の電力が小さい場合、強い非線形性の媒体と連携して非線形位相シフトを導入し、強い非線形性のアクティブ光ファイバ、パッシブ光ファイバにより、増幅中において大量の非線形位相シフトを導入することができ、これにより複数のパルス列の連続スペクトルを発生させる。ポンプの電力が大きい場合、補助用の弱い非線形性の媒体で非線形位相を導入することができる。

【0033】

又の実施例では、パルス増幅器は、順次接続されたポンプ光源、強い非線形性のアクティブ光ファイバ、及び強い非線形性のパッシブ光ファイバをさらに含んでもよい。本実施例の解決手段では、ポンプ光源、強い非線形性の媒質、強い非線形性の媒質の組み合わせを利用し、より多くの非線形位相を光ファイバに導入する。

【0034】

上記各実施例の解決手段をまとめると、ポンプ光源を用いてレーザパルスのポンプエネルギーを増大させ、アクティブ又はパッシブ光ファイバなどの非線形性の媒質を採用し、光ファイバ自体に含まれる非線形位相によりレーザパルスに大量のスペクトル広がりを発生させるとともに、スペクトルが広がる時に発生した大量の非線形位相シフトを利用し、パルスが時間軸で長くなるようにし、これにより、チャープパルス増幅技術による光ファイバ増幅器を用いない場合、利得ファイバを保護してエネルギーを増幅したレーザパルスを発生させる。プロセスが実現されやすく、レーザ機器を構築するときの複雑さが低く、装置のコストが節約され、使用効率が向上する。

【0035】

以下、本願の技術的解決手段のパルス整形器のより多くの実施例を説明する。

【0036】

一実施例では、パルス整形器について、図５を参照し、図５は本願の一実施例に係るパルス整形器の構造概略図である。機能的に分割すると、測定モジュールと補償モジュールを含んでもよく、測定モジュールは前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定することに用いられ、補償モジュールは前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相に基づいて前記レーザパルスに対して位相補償を行うことに用いられ、前記レーザパルスをガウス又は略ガウス形状に圧縮し、フェムト秒レーザパルスを出力する。

【0037】

具体的には、先にレーザパルス形状及び非線形位相を測定し、パルス形状及び非線形位相に対して、相関補償アルゴリズムでレーザパルスを補償することで、レーザパルスがガウス形状に圧縮されて出力フェムト秒レーザパルスを得る。

【0038】

上記実施例の解決手段では、パルスの整形中において、レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定することにより、レーザパルスに乱れたパルス列を測定、補償することができ、これにより、スペクトル形状を一致するように保持しながらレーザパルスをガウス形状に圧縮することができ、これにより、所望に合致するフェムト秒レーザパルスを得る。

【0039】

次に、本願のレーザパルス増幅方法の実施例について説明する。

【0040】

図６に示すように、図６は本願の一実施例に係るレーザパルス増幅方法のフローチャートであり、主にＳ１０～Ｓ３０を含む。

【0041】

Ｓ１０、前記レーザシード光源から出力されたレーザシードパルスを受信する。

【0042】

具体的には、レーザシード光源の出力口に設けられたパルス増幅器によってレーザシードパルスを導入することができる。

【0043】

Ｓ２０、非線形位相シフトをレーザシードパルスに導入して該レーザシードパルスを時間領域に広げるとともに、その対応するスペクトルを周波数領域に広げ、非線形位相を含み且つエネルギーを増幅したレーザパルスを前記パルス整形器に出力する。

【0044】

このプロセスにおいて、レーザシードパルスを直接増幅し、大量の非線形位相シフトを増幅器内に能動的に導入してレーザパルス形状を変化させ、複数のパルス列を形成し、これによりパルスエネルギーがより長い時間軸で分布するようにし、ピーク電力を低減させて光ファイバ増幅器を保護する役割を果たし、また、このような非線形位相シフトは広がったスペクトルのエネルギースペクトルを発生させる。

【0045】

図４に示すように、図４はレーザパルスのスペクトルが広がった後のスペクトル模式図であり、図から分かるように、パルスがパルス増幅器を経た後、レーザシードパルスは時間領域に非線形的に極度に広げられ、チャープ増幅と同様の効果が実現され、また、該非線形位相シフトはレーザシードパルスのスペクトルの周波数領域におけるスペクトル広がりをもたらし、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ光ファイバ）のスペクトル広がりと同様の効果が達成される。

【0046】

Ｓ３０、前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び／又は非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力する。

【0047】

具体的には、圧縮段階において、スペクトルエネルギーを濾過、傍受する必要がなく、パルス整形器によってレーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定してレーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力する。

【0048】

上記実施例の解決手段では、レーザシード光源はレーザシードパルスを発生させる際には、先にパルス広がりを行わず、パルス増幅を直接行い、パルス増幅によってレーザシードパルスに対してエネルギー増幅を行い、非線形位相シフトを導入し、その後、レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、レーザパルスのパルス形状及び／又は非線形位相に基づいてレーザパルスに対して位相補償を行い、フェムト秒レーザパルスを得る。該技術的解決手段では、チャープパルス増幅技術による光ファイバ増幅器を用いる必要がなく、装置のコストが節約され、高出力フェムト秒レーザシード光源の生成コストが低減され、生成効率が向上する。

【0049】

以下、本願のレーザパルス増幅方法の技術的解決手段のより多くの実施例を説明する。

【0050】

一実施例では、上記ステップＳ２０の非線形位相シフトを導入する方法は、Ｓ２０１とＳ２０２を含んでもよい。

【0051】

Ｓ２０１、ポンプ光源を用いて前記レーザシードパルスを増幅する。具体的には、レーザシード光源の出力口にポンプ光源を設け、レーザパルスのポンプエネルギーを増幅してもよく、電気ポンプ又は光ポンプの形態を採用してもよい。

【0052】

Ｓ２０２、非線形性の媒体を用いて非線形位相を前記レーザシードパルスに導入する。具体的には、非線形性の媒体は、強い非線形性のアクティブ光ファイバ及び／又は強い非線形性のパッシブ光ファイバを用い、非線形性の媒体によって大量の非線形位相シフトを光ファイバに導入し、これによりエネルギーを増大させる目的が達成される。

【0053】

上記実施形態では、ポンプ光源を用いてレーザパルスのポンプエネルギーを増大させ、アクティブ又はパッシブ光ファイバなどの非線形性の媒質を採用し、光ファイバ自体に含まれる非線形位相によりレーザパルスに大量のスペクトル広がりを発生させるとともに、スペクトルが広がる時に発生した大量の非線形位相シフトを利用し、パルスが時間軸で長くなるようにし、これにより光ファイバ増幅器を使用せずにチャープパルス増幅を行う場合、利得ファイバを保護し、エネルギーを増幅したレーザパルスを発生させる。プロセスが実現されやすく、レーザ機器を構築するときの複雑さが低く、装置のコストが節約され、使用効率が向上する。

【0054】

一実施例では、ステップＳ３０の出力フェムト秒レーザパルスを取得する方法は、Ｓ３０１とＳ３０２を含んでもよい。

【0055】

Ｓ３０１、前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定する。

【0056】

Ｓ３０２、レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相に基づいて前記レーザパルスに対して位相補償を行い、前記レーザパルスをガウス又は略ガウス形状に圧縮し、フェムト秒レーザパルスを出力する。

【0057】

このプロセスにおいて、先にレーザパルス形状及び非線形位相を測定し、パルス形状及び非線形位相に対して、相関補償アルゴリズムでレーザパルスを補償することで、レーザパルスがガウス又は略ガウス形状に圧縮されて、出力フェムト秒レーザパルスが得られる。

【0058】

上記実施例の解決手段により、パルスの整形中において、レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定することにより、レーザパルスに乱れたパルス列を測定、補償することができ、これにより、スペクトル形状を一致するように保持しながらレーザパルスをガウス又は略ガウス形状に圧縮することができ、これにより、フーリエ変換限界に近いフェムト秒レーザパルスを得る。

【0059】

以下、本願のフェムト秒レーザ機器の実施例を説明する。

【0060】

本願に係るフェムト秒レーザ機器の構造は、図１に示すように、レーザシード光源と上記実施例のいずれかのレーザパルスエネルギー増幅装置を含む。

【0061】

本願に係るフェムト秒レーザ機器は、光ファイバ増幅器を用いてチャープパルス増幅を行う必要がなく、装置のコストが節約され、高出力フェムト秒レーザシード光源の発生のコストが低減され、生成効率が向上する。また、パルスエネルギーの増幅中において、チャープパルス増幅によるスペクトル幅が狭くなることに対して、スペクトル広がりの目的が実現される。

【0062】

一般的なレーザ機器に対して、非線形顕微鏡技術では、特殊なスペクトルのレーザパルスを用いる必要があるシーンにおいて、レーザ機器は光ファイバ増幅器を用いてチャープパルス増幅を行う必要がなく、装置のコストが節約され、高出力フェムト秒レーザシード光源の発生のコストが低減され、使用効率が向上する。また、パルスエネルギーの増幅中において、チャープパルス増幅によるスペクトル幅が狭くなることに対して、スペクトル広がりの目的が実現される。

【0063】

当業者であれば理解されるように、ここで使用される全ての用語（技術用語と科学用語を含む）は、特に定義しない限り、当業者の一般的な理解と同じ意味を有する。また、一般的な辞書に定義されているような用語は、従来技術による文脈と同じ意味を持つものとして理解されるべきであり、このように特に定義されていない限り、理想的な意味や本格的な意味で解釈されることはない。

【0064】

以上は本願の一部の実施形態に過ぎず、指摘すべきものとして、本技術分野の当業者にとって、本願の原理から逸脱せず、さらにいくつかの改良や修飾を行うことができ、これらの改良や修飾も本願の特許範囲と見なされるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2023-04-28

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザパルスエネルギー増幅装置であって、
レーザシード光源に対してエネルギー増幅を行うことに用いられ、
順次接続されたパルス増幅器とパルス整形器を含み、
前記パルス増幅器はレーザシード光源の出力口に接続され、前記パルス整形器の出力端はフェムト秒レーザパルスを出力し、
前記レーザシード光源は、レーザシードパルスを発生させ、前記パルス増幅器に入力することに用いられ、
前記パルス増幅器は、非線形位相シフトをレーザシードパルスに導入して該レーザシードパルスを時間領域に広げるとともに、その対応するスペクトルを周波数領域に広げ、非線形位相を含み且つエネルギーを増幅したレーザパルスを前記パルス整形器に出力することに用いられ、
前記パルス整形器は、前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び／又は非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力することに用いられる、ことを特徴とするレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項2】

前記パルス増幅器は順次接続されたポンプ光源と非線形性の媒体を含み、
前記ポンプ光源は前記レーザシードパルスに対してエネルギー増幅を行うことに用いられ、前記非線形性の媒体は非線形位相を前記レーザシードパルスに導入することに用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項3】

前記パルス増幅器は、順次接続された大電力ポンプ光源と弱い非線形性の媒体を含む、ことを特徴とする請求項２に記載のレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項4】

前記非線形性の媒体は、強い非線形性のアクティブ光ファイバ及び／又は強い非線形性のパッシブ光ファイバを含む、ことを特徴とする請求項２に記載のレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項5】

前記パルス増幅器は、順次接続されたポンプ光源、強い非線形性のアクティブ光ファイバ、及び強い非線形性のパッシブ光ファイバを含む、ことを特徴とする請求項４に記載のレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項6】

前記パルス整形器は、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定するための測定モジュールと、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相に基づいて前記レーザパルスに対して位相補償を行い、前記レーザパルスをガウス又は略ガウス形状に圧縮し、フーリエ変換限界に近いフェムト秒レーザパルスを出力するための補償モジュールと、を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザパルスエネルギー増幅装置。

【請求項7】

レーザパルスエネルギー増幅方法であって、
レーザシード光源に対してエネルギー増幅を行うことに用いられ、
前記レーザシード光源から出力されたレーザシードパルスを受信するステップと、
非線形位相シフトをレーザシードパルスに導入して該レーザシードパルスを時間領域に広げるとともに、その対応するスペクトルを周波数領域に広げ、非線形位相を含み且つエネルギーを増幅したレーザパルスをパルス整形器に出力するステップと、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力するステップと、を含むことを特徴とするレーザパルスエネルギー増幅方法。

【請求項8】

ポンプ光源を用いて前記レーザシードパルスに対してエネルギー増幅を行い、非線形性の媒体を用いて非線形位相を前記レーザシードパルスに導入することを特徴とする請求項７に記載のレーザパルスエネルギー増幅方法。

【請求項9】

前記レーザパルスのパルス形状及び／又は含まれる非線形位相を測定し、前記パルス形状及び非線形位相に基づいて前記レーザパルスを整形し、フェムト秒レーザパルスを出力する前記ステップは、
前記レーザパルスのパルス形状と非線形位相を測定するステップと、
前記レーザパルスのパルス形状及び／又は非線形位相に基づいて前記レーザパルスに対して位相補償を行い、前記レーザパルスをガウス又は略ガウス形状に圧縮し、フーリエ変換限界に近いフェムト秒レーザパルスを出力するステップと、を含む、ことを特徴とする請求項７に記載のレーザパルスエネルギー増幅方法。

【請求項10】

フェムト秒レーザ機器であって、
レーザシード光源と請求項１～６のいずれか一項に記載のレーザパルスエネルギー増幅装置を含む、ことを特徴とするフェムト秒レーザ機器。

【国際調査報告】