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特表2024-530964高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスを放出するためのレーザ装置及び各光電子デバイス
(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】2024-08-27
(54)【発明の名称】高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスを放出するためのレーザ装置及び各光電子デバイス
(51)【国際特許分類】
H01S 3/1112 20230101AFI20240820BHJP
H01S 3/16 20060101ALI20240820BHJP
H01S 3/0941 20060101ALI20240820BHJP
H01S 3/1115 20230101ALI20240820BHJP
H01S 3/10 20060101ALI20240820BHJP
G02F 1/37 20060101ALI20240820BHJP
H01S 3/108 20060101ALI20240820BHJP
【ＦＩ】
H01S3/1112
H01S3/16
H01S3/0941
H01S3/1115
H01S3/10 D
G02F1/37
H01S3/108
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2024509460
(86)(22)【出願日】2022-07-29
(85)【翻訳文提出日】2024-03-13
(86)【国際出願番号】 IB2022057068
(87)【国際公開番号】W WO2023021351
(87)【国際公開日】2023-02-23
(31)【優先権主張番号】102021000022043
(32)【優先日】2021-08-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】524060360
【氏名又は名称】リチウム レーザーズ エッセ．エッレ．エッレ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000659
【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】グレボリオ，アレッサンドロ
【テーマコード（参考）】
2K102
5F172
【Ｆターム（参考）】
2K102AA08
2K102AA13
2K102BA18
2K102BB02
2K102BC01
2K102BD10
2K102DA01
2K102DB01
2K102EB02
2K102EB08
2K102EB20
5F172AE03
5F172AF06
5F172CC10
5F172EE15
5F172NN07
5F172NN12
5F172NN13
5F172NN17
5F172NQ25
5F172NQ32
5F172NQ47
5F172NQ53
5F172NQ62
5F172ZZ01
(57)【要約】
本発明は、高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスの発光レーザ装置、並びにこのレーザ装置を使用する光電子デバイスに関する。特に、前述の光電子デバイスは、精密機械加工に使用するのに特に適している。更に、本発明は、前述の光電子デバイスによって高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスのパケットを放出する方法にも関連する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う、複数（２）の超短光パルス（２ａ）、すなわち、約１０ピコ秒～約１０フェムト秒の程度の持続時間の各光パルス（２ａ）の発光レーザ装置（３）であって、前記発光レーザ装置（３）は、使用時にパッシブモードロック動作モードで動作する少なくとも１つの固体レーザ発振器（３ａ）である又は該固体レーザ発振器（３ａ）を備えるとともに、約５００ＭＨｚ以上の繰り返し周波数（ｆｒ）を伴う複数（２）の超短光パルス（２ａ）を放出するように構成され、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の各光パルス（２ａ）が約２ｎＪ～約２０ｎＪのエネルギー値（Ｅｐ）を有することを特徴とする、発光レーザ装置（３）。
【請求項2】
前記発振器（３ａ）は、使用時に、最初に共振光に、次いで複数（２）の超短光パルス（２ａ）に切り換えられる又は変換されるように設計される少なくとも１つの光学的な光源を生成するようになっており、その後に、そのような複数（２）の各超短光パルス（２ａ）のエネルギー（Ｅｐ）を増幅するようになっているポンピング手段（３ｂ）を含み、前記ポンピング手段（３ｂ）は、少なくとも１つの利得手段（６）と、使用時に少なくとも１つのポンピング光ビーム（ＰＢ１）又は光学的な光源を放出するように構成される少なくとも１つのポンピング要素（７）とを備え、前記発振器（３ａ）レーザが共振キャビティ（ＲＣ）も備え、該共振キャビティ（ＲＣ）は、－前記利得手段（６）に向けて前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）又は前記共振光を誘導する、
－前記利得手段（６）から前記共振キャビティ（ＲＣ）の出力に向けて及びその逆に前記ポンピング手段（３ｂ）によって増幅される前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）又は共振光を誘導する、
ようになっている誘導手段（３ｃ）を含む、請求項１に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項3】
前記少なくとも１つの利得手段（６）は、約１０２０ｎｍ～約１０８０ｎｍの間に含まれる発光波長を有するＹＡＧタイプ又はＣＡＬＧＯタイプの少なくとも１つのイッテルビウムイオンドープ結晶である又は該イッテルビウムイオンドープ結晶を備える、請求項２に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項4】
前記少なくとも１つのポンピング要素（７）は、約５Ｗ～約２０Ｗの電力で前記少なくとも１つのポンピング光ビーム（ＰＢ１）を放出するように構成される少なくとも１つのレーザダイオードである又は該レーザダイオードを備える、請求項２又は３に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項5】
前記レーザダイオードは、平坦な波面を有するポンピング光ビーム（ＰＢ１）を放出するようにコリメータで終端する光ファイバ結合レーザダイオードである、請求項４に記載のレーザ発光装置（３）。
【請求項6】
前記誘導手段（３ｃ）は、－前記共振キャビティ（ＲＣ）内の共振光又は前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）を前記利得手段（６）に向けて誘導するようになっている１つ以上の第１の誘導要素（８，９，１０）と、
－前記利得手段（６）から前記共振キャビティ（ＲＣ）の出力に向けて及びその逆に、前記ポンピング手段（３ｂ）によって増幅される、前記共振キャビティ（ＲＣ）内の共振光又は前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）を誘導するようになっている１つ以上の第２の誘導要素（１１，１２，１３，１４）と、
を備える、請求項２から５のいずれか一項に記載のレーザ発光装置（３）。
【請求項7】
前記１つ以上の第１の誘導要素（８，９，１０）のうちの少なくとも１つの誘導要素（８）は、前記少なくとも１つのポンピング要素（７）によって放出される前記光学的な光源を複数（２）の超短光パルス（２ａ）に変換した後に、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）を前記利得手段（６）に向けて誘導するようになっている少なくとも変換手段（８ａ）である又は該変換手段（８ａ）を備える、請求項６に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項8】
前記変換手段（８ａ）は、使用時に第２高調波を生成するようになっている可飽和吸収体又はＳＥＳＡＭ、又は非線形結晶を含む非線形ミラーと、前記非線形結晶と組み合わせて使用されるとともに、緑色波長において約９９％以上の反射率で構成され、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の波長において約９５％以上の反射率で構成されるダイクロイックミラーとを備える、請求項７に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項9】
前記１つ以上の第１の誘導要素（８，９，１０）は、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の波長において約９９％以上の反射率で構成されるミラー（９）、及び／又は前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の波長において約９９％以上の反射率で構成され、前記ポンピング要素（７）によって放出される前記ポンピング光ビーム（ＰＢ１）の波長において約９５％以上の透過率で構成されるダイクロイックミラー（１０）である又はこれらのミラーを備える、請求項６から８のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項10】
前記１つ以上の第２の誘導要素（１１，１２１３，１４）は、前記ポンピング手段（３ｂ）によって増幅される、前記共振キャビティ（ＲＣ）内の共振光又は前記複数（２つ）の超短光パルス（２ａ）のエネルギーの第１の部分の前記発振器（３ａ）の出力への透過、及び前記ポンピング手段（３ｂ）によって増幅される、前記共振キャビティ（ＲＣ）内の共振光又は前記複数（２つ）の超短光パルス（２ａ）のエネルギーの第２の部分の再度の前記共振キャビティ（ＲＣ）内へのフィードバック又は反射を可能にするように構成される少なくとも１つの反射及び透過要素又はカプラ（１４）である又は該反射及び透過要素又はカプラ（１４）を備える、請求項６から９のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項11】
前記少なくとも１つの反射及び透過要素又はカプラ（１４）は、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の波長において約７５％～約９５％の部分反射率で構成される半反射ミラーである又は該半反射ミラーを備える、請求項１０に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項12】
前記１つ以上の第２の誘導要素（１１，１２，１３，１４）は、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の波長において約９９％以上の反射率で、及び前記ポンピング要素（７）によって放出される前記ポンピング光ビーム（ＰＢ１）の波長において約９５％以上の透過率で構成される第１のダイクロイックミラー（１１）、及び／又は前記複数（２）の光パルス（２ａ）の波長において約９９％以上の反射率で構成される第２のミラー（１２）、及び／又は前記共振キャビティ（ＲＣ）内でのソリトンの生成をサポートするように構成されるギアズ・トゥルノワ型の第３のミラー（１３）である又はこれらのミラーを少なくとも備える、請求項６から１１のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項13】
前記ポンピング手段（３ｂ）は、前記ポンピング要素（７）によって放出される前記少なくとも１つのポンピング光ビーム（ＰＢ１）を前記利得手段（６）に向けて集束させるようになっている少なくとも１つの集束要素（１５）を備え、前記少なくとも１つの集束要素（１５）は、前記利得手段（６）において前記共振キャビティ（ＲＣ）によってサポートされる共振モードと寸法的に適合する直径を有するポンピング光ビーム（ＰＢ１）を得るために、前記ポンピング要素（７）によって放出される前記少なくとも１つのポンピング光ビーム（ＰＢ１）を前記利得手段（６）に向けて集束させるように構成されるレンズである、請求項２から１２のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項14】
前記共振キャビティ（ＲＣ）は、前記発光レーザ装置（３）が連続波状態からパルス状態に移行する間、その寸法を実質的に一定に保つために、前記共振光により交差される前記利得手段（６）の前記少なくとも２つの面のうちの１つに対して特定の距離範囲内に前記共振光の焦点が位置されるように構成される、請求項２から１３のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項15】
前記共振キャビティ（ＲＣ）は、前記共振光により交差される前記利得手段（６）の前記少なくとも２つの面の一方から約５ｍｍ～約３０ｍｍの範囲の距離に前記共振光の焦点が位置されるように構成される、請求項１４に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項16】
高いエネルギー及び高い繰返し周波数を伴う超短光パルス（２ａ）の複数（２）のパケット（２ｂ）を放出するための光電子デバイス（１）であって、請求項１から１５のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）と、前記発光レーザ装置（３）によって放出される前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）から所与の数の光パルス（２ａ）をピックアップして変調し、変調された超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を生成するように構成される変調手段（４）と、前記変調手段（４）の下流側に配置され、前記変調手段（４）によって変調される前記超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）の各光パルス（２ａ）の前記エネルギー（Ｅｐ）を増幅するように構成される増幅手段（５）とを備え、前記増幅手段（５）は、各パケット（２ｂ）の各光パルス（２ａ）の前記エネルギー（Ｅｐ）を増幅するように構成される少なくとも１つの単段増幅器（５ａ）である又は該単段増幅器（５ａ）を備えることを特徴とする光電子デバイス（１）
【請求項17】
前記変調手段（４）は、少なくとも１つの音響光変調器（４ａ）及び前記デバイス（１）の動作要件に基づいて前記音響光変調器（４ａ）を駆動するようになっている駆動手段（４ｂ）である又は前記少なくとも１つの音響光変調器（４ａ）及び前記駆動手段（４ｂ）を備える、請求項１６に記載のデバイス（１）。
【請求項18】
前記音響光変調器（４ａ）が二酸化テルル結晶である又は二酸化テルル結晶を含む、請求項１７に記載のデバイス（１）。
【請求項19】
前記駆動手段（４ｂ）は、－前記音響光変調器（４ａ）を起動させる又は起動停止させるべく設計されるデジタル信号であって、前記音響光変調器（４ａ）が起動停止時に前記複数（２）の光パルス（２ａ）の通過を可能にする一方で、起動時に前記複数（２）の光パルス（２ａ）を前記増幅器（５ａ）の入力に向けて迂回させることによって変調された超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を生成するようにする、デジタル信号によって、及び／又は前記デバイス（１）の動作要件に従って光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）の振幅、したがって電力を変調するように設計されるアナログ信号によって、
前記音響光変調器（４ａ）を駆動するように設計される、請求項１７又は１８に記載のデバイス（１）。
【請求項20】
前記単段増幅器（５ａ）は、各パケット（２ｂ）の各光パルス（２ａ）の前記エネルギー（Ｅｐ）を約１００ｎＪ～約２０μｊの間の値まで増幅するように構成される、請求項１６から１９のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項21】
前記増幅器（５ａ）は、超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）の各光パルス（２ａ）の前記エネルギー（Ｅｐ）を増幅するようになっているポンプ手段（５ｂ）であって、少なくとも１つの利得要素（１６）、及び使用時に少なくとも１つのポンプ光ビーム（ＰＢ２）を放出するように構成される少なくとも１つのポンプ要素（１７）を備える、ポンプ手段（５ｂ）と、
－前記増幅器（５ａ）の入力における超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）を前記利得要素（１６）に向けて案内する、及び
－前記ポンプ手段（５ｂ）によって増幅される超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）を前記利得要素（１６）から前記増幅器（５ａ）の出力に向けて案内する、
ように構成されるガイド構成要素（５ｃ）と、
を備える固体増幅器である、請求項１６から２０のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項22】
前記少なくとも１つの利得要素（１６）は、約１０２０ｎｍ～約１０８０ｎｍの間に含まれる発光波長を有するＹＡＧタイプ又はＣＡＬＧＯタイプの少なくとも１つのイッテルビウムイオンドープ結晶である又は該イッテルビウムイオンドープ結晶を備える、請求項２１に記載のデバイス（１）。
【請求項23】
前記少なくとも１つのポンプ要素（１７）は、約５０Ｗ～約１５０Ｗの範囲の電力で前記少なくとも１つのポンプ光ビーム（ＰＢ２）を放出するように構成される少なくとも１つのレーザダイオードである又は該レーザダイオードを備える、請求項２１又は２２に記載のデバイス（１）。
【請求項24】
前記ガイド構成要素（５ｃ）は、－前記増幅器（５ａ）に入力される超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を前記利得要素（１６）に向けて案内するようになっている少なくとも第１のガイド構成要素（１８）と、
－前記ポンプ手段（５ｂ）によって増幅される超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を前記利得要素（１６）から前記増幅器（５ａ）の出力に向けて案内するようになっている少なくとも第２のガイド構成要素（１９）と、
を備える、請求項２１から２３のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項25】
前記増幅手段（５）は、前記少なくとも１つのポンプ要素（１７）によって放出される前記少なくとも１つのポンプ光ビーム（ＰＢ２）及び／又は前記増幅器（５ａ）に入力される超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）及び／又は前記ポンプ手段（５ｂ）によって増幅される超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を集束又はコリメートするようになっている１つ以上の集束構成要素（２０，２１，２２）を備える、請求項１から２４のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項26】
前記第１及び第２のガイド要素（１８，１９）は、超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）の波長において約９９％以上の反射率、及び前記ポンプ要素（１７）によって放出される前記ポンプ光ビーム（ＰＢ２）の波長において約９５％以上の透過率で構成されるダイクロイックミラーである又は該ダイクロイックミラーを備える、請求項２４又は２５に記載のデバイス（１）。
【請求項27】
前記１つ以上の集束構成要素（２０，２１，２２）は、前記少なくとも１つのポンプ要素（１７）によって放出される前記ポンプ光ビーム（ＰＢ２）を集束させるようになっている第１のレンズ（２０）及び／又は前記増幅器（５ａ）に入力される超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）を集束させるようになっている第２のレンズ（２１）及び／又は前記ポンプ手段（５ｂ）によって増幅される超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）をコリメートするようになっている第３のレンズ（２２）である、請求項２５又は２６に記載のデバイス（１）。
【請求項28】
前記第２のレンズ（２１）は、光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）のより小さい発散を前記ポンプ光ビーム（ＰＢ２）のはるかに大きい発散に適合させるように、前記第１のレンズ（２０）によって集束される、前記ポンプ光ビーム（ＰＢ２）の直径のサイズに対して１／２０～１／５の直径を有する集束サイズで前記光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）を集束させる、請求項２７に記載のデバイス（１）。
【請求項29】
前記少なくとも１つの増幅器（５ａ）は、逆伝播形態に従って動作し、すなわち、超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）は、前記ポンプ光ビーム（ＰＢ２）と同一直線上であるがそれとは反対の伝播方向で伝播し、かつ／又は発散形態において、すなわち、超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）は、前記増幅プロセスに起因する光強度の増大を含むように発散値を伴って前記利得要素（１６）内で伝播する、請求項２１から２８のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項30】
高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴って超短光パルス（２ａ）の複数（２）のパケット（２ｂ）を放出する方法であって、請求項１６から２９のいずれか一項に記載のデバイス（１）を用意するステップと、
前記発光レーザ装置（３）を介して高いエネルギー（Ｅｐ）及び高い繰り返し周波数（ｆｒ）を伴う複数（２）の超短光パルス（２ａ）を放出するステップと、
前記変調手段（４）によって、変調された超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を生成するように前記発光レーザ装置（３）によって放出される前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）から決定された数の光パルス（２ａ）をピックアップして変調するステップと、
前記増幅手段（５）によって、変調された超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）を増幅するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスの発光レーザ装置、並びにこのレーザ装置を使用する光電子デバイスに関する。
【0002】
特に、前述の光電子デバイスは、精密レーザ加工に使用するのに特に適している。
【0003】
更に、本発明は、前述の光電子デバイスによって高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスのパケットを放出する方法にも関連する。
【背景技術】
【0004】
当技術分野では、超短光パルスを放出するための異なるタイプのデバイス、特にレーザデバイスが知られている。
【0005】
一般に、これらのデバイスは、極めて正確に光エネルギーを送達できるようにするため、微細機械加工及び／又は微細はんだ付けの工業用途で使用される。実際、超短パルスレーザデバイスを使用して、直接光造形技術によって、サブミクロン寸法を有するほぼ任意の形状の２次元（２Ｄ）及び３次元（３Ｄ）構造を製造することが可能である。この適用例はフェムト秒リソグラフィであり、材料に対する直接彫刻又は感光性マスクのインプリントのために超短パルスレーザデバイスが用いられる。
【0006】
勿論、これらのデバイスは、非線形光学、バイオフォトニクス、及びライフサイエンスなどの他の適用分野でも一般的に使用される。
【0007】
一般に、そのようなデバイスは、発振器、ストレッチャ、多段増幅器、及び圧縮器から成る。
【0008】
発振器は、複数の低エネルギーパルス、例えば一般には数ピコジュールの連続パルス列を数百フェムト秒から数ピコ秒までの程度の持続時間で供給する。複数のパルスは、初期の複数のパルスの繰返し率を低減する目的を有する変調器によってサンプリングされる。選択されたパルスは、ストレッチャによって最大数百ピコ秒まで時間的に延長され、考慮される特定の用途に必要なエネルギーに達するために光増幅器のチェーンに注入され、その後、初期持続時間で圧縮器によって圧縮される。
【0009】
この技術により、ミリ秒からマイクロ秒の直ぐ下まで変化し得る時間的分離を伴って単一の等間隔パルスを得ることが可能であり、この場合、各パルスのエネルギーは数百ナノジュールから数ミリジュールまでの範囲である。
【0010】
続いて、これらのパルスを処理されるべき材料の表面に集束させることによって、非常に正確な方法で微細加工を実行することが可能である。しかしながら、これらのレーザデバイスの使用は、材料の処理において適用レベルで妥協を伴う。すなわち、処理速度が増大するにつれて、精度が低下する。この妥協は、時間的に等間隔のパルスによるこの手法によれば、処理速度を高めるために、個々のパルスのエネルギーを増大させる必要があるために生じる。
【0011】
その結果、特定の工業用途に適合する処理速度を得るために、増幅器からの各出力パルスのエネルギーは、適切な処理閾値をはるかに上回って維持される。この過剰なエネルギーは、処理点の周りに高密度のプラズマ雲の形成をもたらし、処理効率及び精度を制限する。
【0012】
この欠点に対する解決策は、超短パルスパケット及び高い繰り返し周波数を伴うレーザデバイスによって提供され、該デバイスは、各出力パルスが材料を除去するのに十分なエネルギーを有するが偽現象を生成するには不十分であるため、高い処理効率を可能にするとともに、プラズマ雲がないことが材料に入射する光パルスの光子の優れた弾道精度を決定するため、高い除去精度も可能にする。
【0013】
そのようなデバイスは、高い繰返し率を伴うが、一般に数ピコジュールの低いエネルギーを伴う超短光パルスを含むパケットを放出する発振器を使用する。したがって、各パケットの各パルスのエネルギーは、デバイスの用途のニーズに適合する値まで上昇させるために、一般に多段増幅チェーンを介してその後に増幅される必要がある。
【0014】
理解され得るように、発振器が、安全に且つ安定して動作するために、低エネルギー光パルスのみを放出することができるという事実は、デバイスの構造上の複雑さの大幅な増大を引き起こすとともに、デバイスを損傷することなく安全にパルスエネルギーを上昇させるために複数の増幅器が必要とされるため、デバイスの高い製造コストも引き起こす。
【0015】
更に、これらのレーザデバイスは、フェムト秒程度の光パルスを増幅するためにストレッチャ及び圧縮器の使用をもたらし、したがって、デバイス自体の複雑さ及びコストを更に増大させる。
【0016】
したがって、高い繰り返し周波数及び高いエネルギーを伴う超短光パルスの発光レーザ装置、並びにこのレーザ装置を使用する光電子デバイスを設計及び製造することが必要であり、これは上記の従来技術の欠点を克服することを可能にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
本発明の主な目的は、上記の従来技術の欠点を克服できるようにする、高い繰り返し周波数及び高いエネルギーを伴う超短光パルスの発光レーザ装置、並びにこのレーザ装置を使用する光電子デバイスを提供することである。
【0018】
本発明の他の目的は、安全に且つ高い動作安定性で使用できるようにし、数サイクルの使用後にそのようなレーザ装置の内部構成要素が破損するのを防止する、高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスの発光レーザ装置を提供することである。
【0019】
本発明の他の目的は、従来技術によって教示されたデバイスよりも低い製造及び構築の複雑さを同じ効率で可能にする、高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスの複数のパケットの放出のための光電子デバイスを提供することである。
【0020】
本発明の更なる目的は、従来技術によって教示されたデバイスに対してコスト削減を可能にする、高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスの複数のパケットの放出のための光電子デバイスを提供することである。
【0021】
本発明の他の目的は、最適化された速度及び動作品質、並びにより高い処理効率を可能にする高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスの複数のパケットを放出するための光電子デバイスを提供することである。
【0022】
最後に、本発明の他の目的は、高いスケーラビリティも可能にする高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスの複数のパケットの放出のための光電子デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0023】
本発明の一態様によれば、請求項１に係る高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う複数の超短光パルスの発光レーザ装置が提供される。
【0024】
本発明の他の態様によれば、請求項１６に係る高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスの複数のパケットを放出するための光電子デバイスが提供される。
【0025】
本発明の更なる態様によれば、請求項３０に係る高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルスの複数のパケットを放出する方法が提供される。
【0026】
従属請求項は、本発明の好ましい及び有利な実施形態に言及する。
【図面の簡単な説明】
【0027】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面に例として示されている、高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う複数の超短光パルスの発光レーザ装置、及び高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う複数の超短光パルスのパケットの放出のための光電子デバイスの実施形態の一例の説明からより明らかになる。
【図1】本発明の一実施形態に係る発光レーザ装置のブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る光電子デバイスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
なお、添付図面において、同一の部分又は構成要素は同じ参照数字によって示される。
【0029】
添付の図面を参照すると、参照番号３は、本発明の実施形態の一例に係る、高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う複数２の超短光パルス２ａの発光レーザ装置を示す。
【0030】
この発光レーザ装置３は、特に、排他的ではないが、例えば材料の微細機械加工及び／又は微細はんだ付けなどの工業用途の光電子デバイスに使用するのに適している。
【0031】
「超短光パルス」という用語は、約１０ピコ秒～約１０フェムト秒程度の持続時間の各光パルス２ａを指すことに留意すべきである。
【0032】
特に、本発明に係る発光レーザ装置３は、好ましくは、それぞれが約５０００フェムト秒～約１００フェムト秒、必要に応じて約１０００フェムト秒～約１００フェムト秒、又は約５００フェムト秒～約１００フェムト秒、例えば約３００フェムト秒を含む持続時間を有する複数２の光パルス２ａを放出するように設計される。
【0033】
「高いエネルギーの光パルス」という用語は、発光装置、より詳細には先行技術に係るレーザ発振器によって放出される光パルスの典型的なエネルギー値に関連して考慮されるべきであり、これらの光パルスは数ピコジュール程度であると証明されていることにも留意すべきである。
【0034】
本発明に係る高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う複数２の超短光パルス２ａの発光レーザ装置３は、約５００ＭＨｚ以上、又は更には約７５０ＭＨｚ以上、例えば１ＧＨｚの繰り返し周波数ｆｒを有する複数２の超短光パルス２ａを放出するように構成され、複数２の超短光パルス２ａの各光パルス２ａは、必要に応じて約２ｎＪ～約２０１０ｎＪ、又は再び３ｎＪ～８ｎＪ、例えば約５ｎＪを含むエネルギー値Ｅｐを有する。
【0035】
明らかに、約５００ＭＨｚ以上の繰り返し周波数ｆｒを伴う複数２の超短光パルス２ａを放出することは、複数２の各光パルス２ａが次の光パルスから約２ｎｓ以下の時間間隔を有することを意味する。
【0036】
本発明の実施形態の非限定的な例によれば、発光レーザ装置３は、約１ＧＨｚに等しい繰り返し周波数ｆｒを伴う、その結果、次の光パルスから約１ｎｓに等しい各光パルス２ａの時間間隔を伴う、複数２の超短光パルス２ａを放出する。
【0037】
理解され得るように、各光パルス２ａの時間間隔はその持続時間とは異なり、持続時間は、パルス２ａの光強度がそのピーク値の５０％を超えたままである時間であり、本発明の場合、前述のように、好ましくは約５０００フェムト秒～約１００フェムト秒、必要に応じて約１０００フェムト秒～約１００フェムト秒、又は約５００フェムト秒～約１００フェムト秒、例えば約３００フェムト秒である。
【0038】
高い繰り返し周波数ｆｒの使用は、一般に複数２の光パルス２ａのそれぞれのエネルギー値Ｅｐを制限するパラメータ内にある。しかしながら、本発明では、発光レーザ装置３は、高い繰り返し周波数ｆｒを複数２の光パルス２ａのそれぞれの高いエネルギーＥｐと効果的に一致させることができる。
【0039】
発光レーザ装置３は、好適には、例えば垂直キャビティ面発光レーザ発振器又はＶＣＳＥＬなどのレーザ発振器３ａ、又は好ましくは、図に示される本発明の実施形態の非限定的な例によれば、固体レーザ発振器３ａとなり得る又はこれらの発振器を備えることができ、固体レーザ発振器３ａは、好ましくは、使用時に、モードロック動作モードで、必要に応じてパッシブモードロック動作モードで動作する。
【0040】
本発明の他の実施形態では、固体発振器３ａのレーザは、使用時に、例えば電気光学変調器又は音響光変調器を使用して、アクティブモードロック動作モードで動作することができる。しかしながら、このアクティブモードロックモードは、一般に、ピコ秒のオーダーまでしか光パルス２ａを持続又は変換することができないという欠点を有するが、パッシブモードロックモードでは、フェムト秒のオーダーまで到達することが可能である。
【0041】
モードロック技術は、発振器３ａの共振キャビティのモード、すなわち波長の間に所定の位相関係を導入することによって、複数２の超短光パルス２ａの生成を可能にし、これについては後で詳細に説明する。
【0042】
より詳細には、共振キャビティのモードは、互いに建設的な方法で周期的に干渉し、発振器３ａの固有の特性に依存する持続時間を有する光パルス２ａを生成する。
【0043】
特に、レーザ発振器３ａは、好ましくは、使用時に、最初に共振光に、次いで複数２の超短光パルス２ａに切り換えられ又は変換されるように設計され、続いて前記複数２の超短光パルス２ａのそれぞれのエネルギーＥｐを増幅するようになっている少なくとも１つの光学的な光源を生成するようになっているポンピング手段３ｂと、誘導手段３ｃ（ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ ｍｅａｎｓ、指向手段）を含む共振キャビティＲＣとを備える。
【0044】
これに関して、ポンピング手段３ｂは、好適には、少なくとも１つの利得手段６と、使用時に少なくとも１つのポンピング光ビームＰＢ１又は光学的な光源を放出するように構成される少なくとも１つのポンピング要素７とを備えることができ、一方、誘導手段３ｃは、好適には、複数２の超短光パルス２ａ又は共振光を利得手段６に向けて誘導し、ポンピング手段３ｂによって増幅された複数２の超短光パルス２ａ又は共振光を利得手段６から共振キャビティＲＣの出力に向けて及びその逆に、すなわち共振キャビティＲＣの内部に戻すように誘導するべく設計され得る。
【0045】
以下でより詳細に分かるように、ポンピング光ビームＰＢ１は、最初に共振光となった後に複数２の超短光パルス２ａに変換される発光レーザ装置３の光学的な光源も構成する。実際には、ポンピング要素７は、使用時に、同時に発光レーザ装置３の光学的な光源も構成する少なくとも１つのポンピング光ビームＰＢ１を放出するように構成される。光学的な光源は、以下に詳述する共振条件が満たされる場合に限り、共振光となるように共振することができると考えられるべきである。
【0046】
好ましくは、ポンピング手段３ｂは、利得手段６において共振キャビティＲＣによってサポートされた共振モードと寸法的に適合する直径を有するポンピング光ビームＰＢ１を得るために、ポンピング要素７によって放出される少なくとも１つのポンピング光ビームＰＢ１を利得手段６、例えば少なくとも１つのレンズ１５に向けて集束させるようになっている少なくとも１つの集束要素１５も備える。
【0047】
少なくとも１つの利得手段６は、例えば約１０２０ｎｍ～約１０８０ｎｍの発光波長を有するＹｂ：ＹＡＧタイプ又はＹｂ：ＣＡＬＧＯタイプの少なくとも１つのイッテルビウムイオンドープ結晶であり得る又は該イッテルビウムイオンドープ結晶を備えることができる。
【0048】
一方、少なくとも１つのポンピング要素７に関しては、好適には、少なくとも１つのポンピング光ビームＰＢ１を約５Ｗ～約２０Ｗの電力で、かつ必要に応じて約９３５ｎｍ～約９８５ｎｍの発光波長で放出するように構成される少なくとも１つのレーザダイオードであり得る又は該レーザダイオードを備えることができる。
【0049】
図１に示される本発明の実施形態の例によれば、レーザダイオードは、連続波状態すなわちＣＷ状態で動作し、すなわち、使用中に、経時的に連続ポンピング光ビームＰＢ１を提供する。
【0050】
特に、少なくとも１つのレーザダイオードは、好ましくは、平坦な波面を有するポンピング光ビームＰＢ１を放出するようにコリメータで終端する光ファイバ結合レーザダイオードである。
【0051】
図１に示される本発明の実施形態の非限定的な例によれば、少なくとも１つの利得手段６は、Ｙｂ：ＹＡＧタイプのイッテルビウムイオンがドープされた結晶であり、一方、少なくとも１つのポンピング要素７は、約２０Ｗの電力で少なくとも１つのポンピング光ビームＰＢ１を放出するように構成されたレーザダイオードである。
【0052】
Ｙｂ：ＹＡＧタイプのイッテルビウムイオンドープ結晶は、非常に低い量子欠陥、非常に高い効率、高い熱機械的性能を示し、したがって、ポンピング光ビームＰＢ１の高い発光パワーにより、発振器３ａの出力で複数２の超短光パルス２ａを高い平均パワー、例えば最大約１０Ｗで得ることが可能であるため、図１に示す実施形態の例では利得手段６として有利に選択されている。
【0053】
共振キャビティＲＣ、又はより具体的には、誘導手段３ｃは、好適には、共振キャビティＲＣ内の共振光を又は複数２の超短光パルス２ａを利得手段６に向けて誘導するようになっている１つ以上の第１の誘導要素８、９、１０と、ポンピング手段３ｂによって増幅される、共振キャビティＲＣ内の共振光又は複数２の超短光パルス２ａを利得手段６から共振キャビティＲＣの出力に向けて、及びその逆に、すなわち共振キャビティＲＣの内部に戻るように誘導するようになっている１つ以上の第２の誘導要素１１、１２，１３、１４とを備えることができる。
【0054】
基本的に、以下でより良く理解されるように、ポンピング手段３ｂによって増幅される、複数２の超短光パルス２ａの各光パルス２ａのエネルギーの第１の部分は、発振器３ａによって出力に透過され、一方、エネルギーの第２の部分は、逆光路を通って共振キャビティＲＣに反射して戻される。
【0055】
１つ以上の第１の誘導要素８、９、１０に関して、それらの少なくとも１つの誘導要素８は、好適には、複数２の超短光パルス２ａにおいて、ポンピング要素７によって生成された光学的な光源を変換し、続いて前記複数２の超短光パルス２ａを利得手段６に向けて誘導するようになっている変換手段８ａであり得る又は該変換手段８ａを備えることができる。
【0056】
複数２の光パルス２ａの波長は、共振キャビティＲＣ内の共振光の波長に等しく、したがって、所与の光学要素が複数２の光パルス２ａの波長で所与の割合の反射率及び／又は透過率を有するとは、共振キャビティＲＣ内の共振光の波長で同じ反射率及び／又は透過率を有すると言うことと等価であると考える。
【0057】
特に、これらの変換手段８ａは、可飽和吸収体、必要に応じて固体可飽和吸収体もしくはＳＥＳＡＭ、又は非線形ミラーであるか、又は好ましくはこれらを含み、これらは両方とも、パルス状態における共振キャビティＲＣの機能を促進する共振電界の振幅の非線形変調を誘発するように設計される。より具体的には、非線形ミラーは、使用時に第二高調波の生成を目的とする非線形結晶と、この非線形結晶と組み合わせて使用され、緑色波長、すなわち約５２０ｎｍ～約５６５ｎｍで約９９％以上の反射率で構成され、複数２の超短光パルス２ａの波長で約９５％以上の反射率で構成されるダイクロイックミラーとを備える。
【0058】
代わりに、可飽和吸収体も、前述の非線形ミラーと同様に、入射光の強度に応じて反射率を有する、すなわち、入射光の強度に応じて異なる挙動をする光学デバイスである。固体レーザ発振器３ａが使用時にパッシブモードロック動作モードで動作する本発明の実施形態の非限定的な例では、この可飽和吸収体は、実際には、共振キャビティＲＣ内で同じ位相を有する長手方向モードの生成を強制するのに必要な受動要素である。
【0059】
基本的に、可飽和吸収体は、低強度定波長光を減衰させるが、発振器３ａが経験するかなりランダムな変動に起因して、光強度の任意のピークは、一般に、より効果的に反射され、結果として、インパルスモードロック状態が確立される。共振キャビティＲＣ内の共振光が特定の強度を超えると、可飽和吸収体又はＳＥＳＡＭによる低強度光のより高い吸収により、高強度ノイズピークの選択的増幅プロセスが確立される。共振キャビティＲＣ内の多くの共振ターン又はサイクルの後、次いで複数２の超短光パルス２ａが生成されるか、又はいずれの場合にも、ポンピング要素７によって放出された光学的な光源は、例えば、誘導手段３ｃ、より詳細には変換手段８ａ、及びポンピング手段３ｂの利得手段６を備える共振キャビティＲＣの組み合わせを介して、最初に共振光に変換され、次いで複数２の超短光パルス２ａに変換される。実際には、可飽和吸収体は、発光レーザデバイス３が連続波状態で動作する点火段階から、発光レーザデバイス３がパルス状態で動作する安定段階への移行を可能にする。
【0060】
特定の状況では、例えば固体可飽和吸収体又はＳＥＳＡＭを使用すると、Ｑスイッチング不安定とも呼ばれる不安定性が発生する可能性があることに留意すべきである。そのような不安定性は、通常、可飽和吸収体が、損失の減少によって飽和強度閾値を超える、共振キャビティＲＣ内の光パルス２ａのエネルギーの増大に「見返りを与える」ことによって引き起こされ、その結果、共振キャビティＲＣ内の様々な共振サイクルにおいて、光パルス２ａのエネルギーは、連続放出よりも利得手段６において増幅されることができ、したがって、多数のサイクルの後に、パルスモード－ロック状態を確立することによって利得手段６に支配される。したがって、連続状態からパルス状態への移行プロセスの間、可飽和吸収体の飽和が十分に強くない限り、前述のＱスイッチングの不安定性が発生する可能性があり、これは、発振器３ａを不安定にする可能性があり、又は最悪の場合、共振キャビティＲＣの内部構成要素を燃焼させるか又は使用不可能にする可能性さえある。
【0061】
更に、高い繰り返し周波数を有する超短光パルス２ａが共振キャビティＲＣ内に生成される場合、そのようなＱスイッチング不安定性を緩和することは更に複雑である。実際、各光パルス２ａのエネルギーは、逆比例関係によって繰り返し周波数に関連付けられており、すなわち、高周波数は低エネルギーに対応し、これは、発光レーザ装置３が連続波状態からパルス状態に通過している発光レーザ装置３の点火段階において、利得及び変換手段８ａの両方、より具体的には可飽和吸収体８ａの飽和容量が低く、したがってＱスイッチング不安定性の傾向が大きいことを決定する。
【0062】
これに関連して、安全に且つ高い動作安定性で使用することを可能にする高い繰り返し周波数で複数２の超短光パルス２ａを高いエネルギーで放出することができる発光レーザ装置３、より具体的には発振器３ａを生成することができるようにするために、例えば、可飽和吸収体が燃焼すること、又はより一般的には、共振キャビティＲＣの各光学部品が燃焼することを回避するために、利得手段６に入射する共振光ビームのサイズは、パルス状態の安定段階まで連続状態における点火段階から変化しないままであることが有利であり、又はいずれの場合にも適切である。
【0063】
この態様に関して、熱レンズ効果、すなわち、その不均一な温度上昇に応答して利得手段の表面の曲率を引き起こす体積膨張の効果は、共振キャビティの安定性に影響を及ぼし得ることが知られている。特に、熱レンズ効果は、典型的には、共振光のサイズにかなりの変動を生じさせ、これは、振動電界の非常に大きな変動が可飽和吸収体、又はいずれの場合も共振キャビティの構成要素を燃焼させる可能性があるＱスイッチモードロックの不安定性を助長する傾向がある。
【0064】
このために、共振キャビティＲＣは、共振光又はむしろ共振光ビームのサイズが、連続波状態からパルス状態への発光レーザ装置３の通過中に利得手段６へのポンピングビームの入射によって生成される熱レンズ効果によって実質的に影響されないという意味で、そのポンピング中に利得手段６へのポンピング光の入射によって生成される熱レンズ効果に影響されないように設計されることが好ましい。
【0065】
具体的には、最初にＡＢＣＤ行列モデルによって研究され、最終的に経験的に観察されたことは、共振光の焦点、又はより良好には共振光ビームの焦点を、この共振光が交差する利得手段６の少なくとも２つの面のうちの１つに対して特定の距離間隔内に配置することによって、共振光のサイズは、パルス状態における連続波状態からの発光レーザ装置３の通過中に利得手段６へのポンピングビームの入射によって生成される熱レンズ効果に実質的に影響されず、すなわち、共振光ビームのサイズは、この通過中に実質的に一定のままであり、したがって、前述の繰り返し周波数値ｆｒ及びパルスエネルギーＥｐを有するパッシブモードロック動作モードの使用であっても最適な動作安定性を可能にすることである。
【0066】
これに関して、共振キャビティＲＣは、好適には、共振光の焦点が、この共振光が交差する利得手段６の少なくとも２つの面のうちの一方から約５ｍｍ～約３０ｍｍの範囲の距離に配置されるように構成することができる。
【0067】
これにより、発光レーザ装置３の点火段階とパルス状態の安定段階との間で認識できるほどに変化しない、利得手段６に入射する共振光、又はむしろ共振光ビームの寸法を得ることができる。そうすることによって、利得手段６に入射する共振光のサイズを固定して、利得及び可飽和吸収体が効果的に飽和されるようにし、Ｑスイッチング不安定性を最小限に抑えることが可能である。
【0068】
本発明の別の実施形態によれば、パッシブモードロック動作モードは、カーレンズモードロックもしくはＫＬＭ技術によって、又はハイブリッド技術によって、すなわちＫＬＭとＳＥＳＡＭとの組み合わせによって実施することができる。
【0069】
次いで、１つ以上の第１の誘導要素８、９、１０は、複数２の超短光パルス２ａの波長において約９９％以上の反射率で構成される、複数２の光パルス２ａの共振キャビティＲＣ内の経路に沿って利得手段６に向かって後続の第１の誘導要素１０に面する所望の場合には凹面を有する凹型のミラー９であり得る又は該ミラー９を備えることができ、及び／又は複数２の超短光パルス２ａの波長において約９９％以上の反射率で構成され、ポンピング要素７によって放出されるポンピング光ビームＰＢ１の波長において約９５％以上の透過率で構成される所望の場合には平坦なダイクロイックミラー１０であり得る又はダイクロイックミラー１０を備えることができる。
【0070】
実際には、ダイクロイックミラー１０は、利得手段６に向かうポンピング光ビームＰＢ１の透過を可能にし、同時に、利得手段６に向かう共振キャビティＲＣ内の共振光又は複数２の光パルス２ａの反射も可能にし、それにより、利得手段６をポンピングし、各光パルス２ａを増幅することができる。
【0071】
代わりに、１つ以上の第２の誘導要素１１、１２、１３、１４に関して、これらの誘導要素は、好ましくは、ポンピング手段３ｂによって増幅される、共振キャビティＲＣ内の共振光又は複数２の超短光パルス２ａのエネルギーの第１の部分の発振器３ａの出力への透過、及びポンピング手段３ｂによって増幅される、共振キャビティＲＣ内の共振光又は複数２の超短光パルス２ａのエネルギーの第２の部分の逆光路を介した再度の共振キャビティＲＣ内へのフィードバック又は反射を可能にするように構成される少なくとも１つの反射及び透過要素又はカプラ１４である又は反射及び透過要素又はカプラ１４を備える。
【0072】
勿論、発振器３ａから透過される共振キャビティＲＣ内の共振光又は複数２の超短光パルス２ａのエネルギーの第１の部分のパーセンテージ、並びに反射されるキャビティ共振ＲＣ内の共振光エネルギー又は複数２の超短光パルス２ａの第２の部分のパーセンテージは、反射及び透過要素又はカプラ１４の構造的特徴、又はその反射率及び透過率のパーセンテージに厳密に依存する。
【0073】
そのような少なくとも１つの反射及び透過要素又はカプラ１４は、好適には、複数２の超短光パルス２ ａの波長において約７５％～約９５％の部分反射率で、その結果、複数２の超短光パルス２ ａの波長において約５％～約２５％の透過率で構成される半反射ミラーであり得る又は該半反射ミラーを備えることができる。
【0074】
基本的には、複数２の超短光パルス２ａのそれぞれの全放射の約５％～約２５％に含まれる放射の一部が透過され、したがって発光レーザ装置３から出る、又はより詳細には発振器３ａから出る一方で、複数２の各超短光パルス２ａの全放射の約７５％～約９５％に含まれる放射の残りの部分は反射され、共振キャビティＲＣの共振を維持するために共振キャビティＲＣ内に残る。
【0075】
少なくとも１つの反射及び透過要素又はカプラ１４の透過率及び反射率の値は、好ましくは、複数２の光パルス２ａのポンピング手段３ｂによる増幅によって生成される利得が、共振キャビティＲＣの誘導手段３ｃによって導入される損失を超えるように選択されることが指摘される。実際、少なくとも１つの反射及び透過要素又はカプラ１４の透過率値は、共振キャビティＲＣの損失を構成する。これに関して、少なくとも一方の反射及び透過要素又はカプラ１４の透過率値が高すぎる場合、損失は利得を超え、共振キャビティＲＣは共振しない。
【0076】
一般に、利得は、ポンピング要素７によって利得手段６に注入される電力値によって、利得手段６がどれだけドープされるかによって、及び利得手段６内のポンピング要素７によって放出されるポンピング光ビームＰＢ１の焦点の直径によって規定されるが、損失は、共振キャビティＲＣを構成する誘導手段３ｃの全ての透過率値の合計として近似的に推定することができると考えられるべきである。
【0077】
更に、１つ以上の第２の誘導要素１１、１２、１３、１４は、必要に応じて、共振光又は複数２の超短光パルス２ａの波長の約９９％以上の反射率で、及びポンピング要素７によって放出されるポンピング光ビームＰＢ１の波長において約９５％以上の透過率で構成される少なくとも第１のダイクロイックミラー１１、及び／又は複数２の超短光パルス２ａの波長において約９９％以上の反射率で構成される、共振光の共振キャビティＲＣ内又は複数２の超短光パルス２ａにおける光路に沿って発振器３ａの出力に向かう後続の第２の誘導要素１３に面する必要に応じて凹面を伴う凹型の第２のミラー１３、及び／又は共振キャビティＲＣ内のソリトンの生成をサポートするように構成される、好ましくはギアズ・トゥルノワ（Ｇｉｒｅｓ－Ｔｏｕｒｎｏｉｓ）型の第３のミラー１３であり得る又はこれらのミラーを備えることができる。
【0078】
ギアズ・トゥルノワ型のこの第３のミラー１３は、実際に、フェムト秒程度の光パルス２ａの持続時間に到達及び／又は持続することを可能にする要素であると考えられるべきである。
【0079】
これに関して、フェムト秒オーダーの光パルス２ａを有することは、周波数領域に関して、数ナノメートルオーダーのスペクトル帯域と同等である。これは、共振キャビティＲＣ内の長手方向共振モードの大きな波長分散をもたらし、この波長分散は、一般に、光パルス２ａの波長成分を「散乱」し、数ピコ秒未満の時間持続時間で光パルス２ａの生成及び維持を可能にしない。共振キャビティＲＣの共振モードに負の群速度分散を導入するギアズ・トゥルノワ型の第３のミラー１３は、代わりに、フェムト秒程度の持続時間の光インパルス２ａに到達し、及び／又はこれを維持するために、その内部のソリトンの生成をサポートすることを可能にする。
【0080】
要約すると、１つ以上の第１の誘導要素８、９、１０及び１つ以上の第２の誘導要素１１、１２、１３、１４は、共振キャビティＲＣ内の複数２の超短光パルス２ａの光共振、及び発振器３からの出力における複数２の各超短光パルス２ａのエネルギーの一部の結合又は伝送を可能にする光路を画定する。
【0081】
ポンピングプロセスに関しては、ポンピング手段３ｂによって行われる。より具体的には、ポンピング要素７によって放出される少なくとも１つのポンピング光ビームＰＢ１などの光学的な光源は、少なくとも１つの利得手段６などの活性手段の原子の基底状態から励起状態への遷移を刺激し、集団反転を作り出す。励起状態にある活性手段の原子は、ポンピングビームＰＢ１の光子よりも低いエネルギーを有する、したがってより長い波長を有する光子の形態でエネルギーを放出するが、これは、ポンピングプロセスを通して導入されたエネルギーの一部がフォノンになり、次いで熱になるためである。この時点で、共振キャビティＲＣの利得が損失よりも大きくなければならない共振条件を満たした後、エネルギーは誘導放出のプロセスを介して再放出され、このプロセスでは、共振キャビティＲＣの誘導手段３ｃの位置合わせによって画定される伝播方向に放出された光子が、第１の時間間隔、すなわち、発光レーザ装置３が連続状態で動作する点火段階中の共振光、及び第２の時間間隔、すなわち、発光レーザ装置３がパルス状態で動作する段階中の複数２の増幅された超短光パルス２ａなど、増幅される。
【0082】
以下に、図１に示される本発明の実施形態の一例に係る発光レーザ装置３の動作の非限定的な例を説明する。
【0083】
光学的な光源は、ポンプ光源と同様に、レーザダイオード７が放出されるポンピング光ビームＰＢ１によって構成される。発光レーザ装置３、より詳細には発振器３ａの動作の初期段階において、レーザダイオード７は、連続波状態、例えば約９４０ｎｍの波長でポンピング光ビームＰＢ１を放出し、このポンピング光ビームＰＢ１は、レンズ１５を介して集束され、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶６におけるダイクロイックミラー１０を通じて透過され、したがって、このＹｂ：ＹＡＧ結晶６におけるエネルギーの蓄積のために、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶６の原子の反転分布を刺激する。Ｙｂ：ＹＡＧ結晶を出るポンピング光ビームＰＢ１の波長は、この能動手段に典型的な発光波長、例えば約１０３０ｎｍに等しい。次いで、この放射は利得手段６によって各方向に再放出されるが、共振キャビティＲＣを構成する誘導手段３ｃの整列によって画定される仮想線に沿って再放出される光子のみが刺激された放出によって増幅され、共振キャビティＲＣの利得がその損失を克服する場合には、共振し、共振キャビティＲＣ内に共振光を効果的に生成することができる。ポジティブの場合、このように生成された共振光は、１つ以上の第２の誘導要素１１、１２、１３、１４のダイクロイックミラー１１に向かって継続する。ここから、約１０３０ｎｍに等しい波長を有するこの共振光は、それぞれ第２の凹面ミラー１２及びギアズ・トゥルノワ型の第３のミラー１３から半反射ミラー１４に向けられる。ここで、共振光のエネルギーの一部は、前述した光路に沿って逆に反射され、エネルギーの別の部分は、出力において発振器３ａで透過される。当然ながら、透過及び反射エネルギーの割合は、半反射ミラー１４の構造的特徴によって規定される。
【0084】
多数の動作サイクルの後、共振光のエネルギーは、可飽和吸収体又はＳＥＳＡＭ８ａを飽和させるのに十分な大きさになり、したがって、発振器３ａが連続波状態からパルス状態に通過することを可能にし、実際には、複数２の超短光パルス２ａにおける連続共振光の変換を可能にする。
【0085】
変換に続いて、可飽和吸収体又はＳＥＳＡＭ８ａを介して、複数２の超短光パルス２ａは、１つ以上の第１の誘導要素８、９、１０によってＹｂ：ＹＡＧ結晶に向かって戻され、その結果、実際の増幅が起こる。これに関して、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶の励起原子は、複数２の超短光パルス２ａの光子によって刺激され、それらとコヒーレントな光子を放出し、電磁界の強度を増大させ、したがって複数２の増幅された超短光パルス２ａを生じさせる。超短光パルス２ａは、１つ以上の第２の誘導要素１１、１２、１３によって半反射ミラー１４に向けて再び誘導され、半反射ミラーは、複数の増幅された超短光パルス２ａのエネルギーの一部を透過し、エネルギーの残りの部分を反射し、これは、前述した動作サイクルを再び進行する。
【0086】
この動作サイクルは、その後、発光レーザ装置３の使用期間全体にわたって繰り返される。
【0087】
明らかに、既に述べたように、発光レーザ装置３がパルス状態の安定段階に達するためには、多くの動作サイクルが必要である。
【0088】
前述した動作の非限定的な例は、フェムト秒程度の持続時間を有する光パルス２ａに言及し、したがって、この持続時間の光パルス２ａの達成及び持続を可能にするのは、前述したように、ギアズ・トゥルノワ型のミラー１３であることに留意すべきである。
【0089】
したがって、本発明に係る発光レーザ装置３は、高い繰り返し周波数ｆｒを伴う複数２の超短光パルス２ａを放出することができ、この複数２の各光パルス２ａは高いエネルギーＥｐを有する。これは、発光レーザ３装置の全ての構成要素の動作安定性及び安全性を確保しながら行われ、Ｑスイッチングの不安定性を可能な限り緩和することも強調される。
【0090】
理解されるように、本発明に係る発光レーザ装置３は、高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルス２ａの複数２のパケット２ｂの放出のための光電子デバイスにおける有利な使用及び有利な実装形態を見出すことができる。このため、本発明の主題はまた、参照番号１で添付の図に示されている、高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う超短光パルス２ａの複数２のパケット２ｂを放出するための光電子デバイスである。
【0091】
光電子デバイス１は、本発明に係る発光レーザ装置３と、変調された超短光パルス２ａのパケット２ｂを作成するように、発光レーザ装置３によって放出された複数２の超短光パルス２ａから所与の数の光パルス２ａをピックアップして変調するように構成される変調手段４と、変調手段４の下流側に位置され、変調手段４によって変調された超短光パルス２ａのパケット２ｂの各光パルス２ａのエネルギーＥｐを増幅するように構成される増幅手段５とを備える。特に、増幅手段５は、各パケット２ｂの各光パルス２ａのエネルギーＥｐを、例えばデバイス１の動作用途から必要な値まで増幅するように構成される少なくとも１つの単段増幅器５ａである又は該単段増幅器５ａを備える。
【0092】
変調手段４は、好適には、少なくとも、例えば二酸化テルル結晶などの音響光変調器４ａと、必要に応じて、デバイス１の動作要件に従って少なくとも１つの音響光変調器４ａを駆動するように設計された、固定変調周波数であるが可変振幅で動作する駆動手段４ｂ、例えば電子ドライバとであり得る又はそれらを備えることができる。
【0093】
これらの動作要件は、例えば、このデバイス１が一連の離間した孔の実行又はモチーフの彫刻などの材料の微細加工の動作で使用される場合に、デバイス１からのレーザビームの発射又は出射を一時的に中断する必要がある可能性がある。この点に関して、孔の実行後、デバイス１は、次の孔又は彫刻位置までレーザ出力を中断し、その特定の時点で、次の孔又は彫刻を作るためにレーザ出力を再開する必要がある。更に、デバイス１が材料ミサイ機械加工動作で使用されることを考慮すると、別の動作要件は、処理される材料に応じて各パケット２ｂの光パルス２ａの光パワーの経時的に異なる発展を有することであり得る。例えば、材料がガラスである場合、破損を防ぐためにカスタマイズされた熱勾配を有することが必要な場合がある。
【0094】
駆動手段４ｂは、音響光変調器４ａを起動させる又は起動停止させるべく設計されるデジタル信号、例えばＴＴＬ信号であって、音響光変調器が起動停止時に複数２の光パルス２ａの通過を可能にする一方で、起動時に複数２の光パルス２ａを増幅器５ａの入力に向けて迂回させることによって変調された超短光パルス２ａのパケット２ｂを生成するようにする、デジタル信号によって、及び／又はデバイス１の動作要件に従って光パルス２ａのパケット２ｂの振幅、したがって電力を変調するように設計されるアナログ信号によって音響光変調器４ａを駆動するように設計され得る。
【0095】
特に、音響光変調器４ａによって偏向されず、したがって増幅手段５の入力に到達しない光パルス２ａは、放熱手段によって消散されることができ、例えば、必要に応じて、ヒートシンクに動作可能に関連付けられた金属要素からなるダンパーに遭遇することができる。逆に、音響光変調器４ａによって増幅手段５の入力に向かって偏向される光パルス２ａは変調される。
【0096】
実際には、駆動手段４ｂ、より詳細には電子ドライバは、音響光変調器４ａに入る複数２の超短光パルス２ａの振幅を、例えばデバイス１のオン／オフ変調を実行するために、アナログ入力電圧及び／又はデジタル入力信号で制御することができる。
【0097】
各パケット２ｂは、好ましくは、５０から１０００、例えば５００の間に含まれる幾つかの光パルス２ａから構成される。この間隔は、一例として材料の微細機械加工の工業用途における光電子デバイス１の使用を想定すると、材料は、好ましくは、処理される材料の迅速かつ正確な除去が行われ得るようにデバイス１を出るレーザビームの各パケット２ｂ内の光パルス２ａの数に最小閾値を設定する、いわゆる「アブレーション冷却状態」で動作するため、最適である。
【0098】
増幅手段５に関して、該増幅手段５は、変調手段４によって変調された超短光パルス２ａのパケット２ｂを入力で受信し、例えばデバイス１の動作用途によって必要とされる値までそれらを増幅する。
【0099】
特に、単段増幅器５ａは、好ましくは、各パケット２ｂの各光パルスのエネルギーＥｐを、約１００ｎＪ～約５μｊの間、例えば約１００ｎＪ～約２０μｊの間に含まれる値まで増幅し、各パケット２ｂのエネルギー値を数ｍＪまで、例えば、制限なく、約５μｊ～約５ｍＪの間に達するように構成される。
【0100】
この単段増幅器５ａは、好適には、超短光パルス２ａのパケット２ｂの各光パルス２ａのエネルギーＥｐを増幅するようになっているポンプ手段５ｂと、ガイド構成要素５ｃとを備える固体増幅器とすることができる。
【0101】
特に、ポンプ手段５ｂは、使用中に少なくとも１つのポンプ光ビームＰＢ２を放出するように構成された少なくとも１つの利得要素１６及び少なくとも１つのポンプ要素１７を含むことが好ましく、一方、ガイド構成要素５ｃは、好適には、増幅器５ａへの入力における超短光パルス２ａのパケット２ｂを利得要素１６に向けて案内し、ポンプ手段５ｂによって増幅された超短光パルス２ａのパケット２ｂを利得要素１６から増幅器５ａの出力に向けて案内するように構成することができる。
【0102】
少なくとも１つの利得要素１６は、約１０２０ｎｍ～約１０８０ｎｍの発光波長を有し、必要に応じて、１％～１５％の間で変化し得るドーパントイオン濃度を有する、Ｙｂ：ＹＡＧタイプ又はＹｂ：ＣＡＬＧＯタイプの少なくとも１つのイッテルビウムイオンドープ結晶であり得る又は該イッテルビウムイオンドープ結晶を備えることができる。Ｙｂ：ＹＡＧ又はＹｂ：ＣＡＬＧＯ結晶は、例えば、３ｍｍ～２０ｍｍの長さ及び長方形又は正方形の断面を有することができる。
【0103】
一方、少なくとも１つのポンプ要素１７に関して、該ポンプ要素１７は、少なくとも１つのポンプ光ビームＰＢ２を約５０Ｗ～約１５０Ｗの電力で、必要に応じて約９３５ｎｍ～約９８５ｎｍの発光波長で放出するように構成された少なくとも１つのレーザダイオードであり得る又は好適には該レーザダイオードを備えることができる。
【0104】
図４に示す増幅手段５の実施形態の例によれば、レーザダイオードは、連続波又はＣＷ状態で動作し、すなわち、使用中に、経時的に連続するポンプ光ビームＰＢ２を提供する。
【0105】
特に、少なくとも１つのレーザダイオードは、好ましくは、平坦な波面を有するポンプ光ビームＰＢ２を放出するようにコリメータで終端する光ファイバ結合レーザダイオードである。
【0106】
図に示す本発明に係るデバイス１の実施形態の非限定的な例によれば、少なくとも１つの利得要素１６は、Ｙｂ：ＹＡＧタイプのイッテルビウムイオンドープ結晶であり、一方、少なくとも１つのポンプ要素１７は、約８０Ｗの電力で少なくとも１つのポンプ光ビームＰＢ２を放出するように構成されたレーザダイオードである
【0107】
ガイド構成要素５ｃは、好適には、増幅器５ａに入る超短光パルス２ａのパケット２ｂを利得要素１６に向けて案内するようになっている少なくとも第１のガイド構成要素１８と、ポンプ手段５ｂによって増幅された超短光パルス２ａのパケット２ｂを利得要素１６から増幅器５ａの出力に向けて案内するようになっている少なくとも第２のガイド構成要素１９とを備えることができる。
【0108】
好ましくは、増幅手段５は、ポンプ要素１７によって放出された少なくとも１つのポンプ光ビームＰＢ２及び／又は増幅器５ａへの入力における超短光パルス２ａのパケット２ｂ及び／又はポンプ手段５ｂによって増幅された超短光パルス２ａのパケット２ｂを集束又はコリメートするようになっている１つ以上の集束構成要素２０、２１、２２も備える。
【0109】
より詳細には、１つ以上の集束構成要素２０、２１、２２は、ポンプ要素１７によって放出されたポンプ光ビームＰＢ２を利得要素１６に向けて集束させるようになっている第１のレンズ２０、及び／又は増幅器５ａに入る超短光パルス２ａのパケット２ｂを集束させるようになっている第２のレンズ２１、及び／又はポンプ手段５ｂによって増幅された超短光パルス２のパケット２ｂをコリメートするようになっているコリメートレンズなどの第３のレンズ２２とすることができる。
【0110】
代わりに、少なくとも１つの第１及び第２のガイド構成要素１８、１９は、超短光パルス２ａのパケット２ｂの波長において約９９％以上の反射率で、ポンプ要素１７によって放出されるポンプ光ビームＰＢ２の波長において約９５％以上の透過率で構成されるダイクロイックミラーであり得る又はダイクロイックミラーを備えることができる。
【0111】
更に、増幅器５ａは、好ましくは、逆伝播形態に従って動作し、すなわち、超短光パルス２ａのパケット２ｂは、ポンプ光ビームＰＢ２と同一直線上であるが、それとは反対の伝播方向で伝播し、及び／又は発散形態で、すなわち、超短光パルス２ａのパケット２ｂは、増幅プロセスに起因する光強度の増大を含むように発散値で利得要素１６内を伝播する。実際、増幅されるべき光パルス２ａのパケット２ｂの利得要素１６に対する焦点の位置は、超短２ａ光パルスのパケット２ｂとポンプ光ビームＰＢ２との間の、利得要素１６の内側における空間的又は体積的な重なりを最大化するために最適化される。
【0112】
基本的に、ポンプ光ビームＰＢ２と増幅される光パルス２ａのパケット２ｂとの間の空間的重畳又はモード整合は、ポンプ光ビームＰＢ２と増幅される光パルス２ａのパケット２ｂを含むビームとの間の発散の大きな差にもかかわらず最適なモード整合を維持するように、例えば第２のレンズ２１を介して焦点が利得要素１６の外側に位置する光パルス２ａのそのようなパケット２ｂを集束させることによって有利に最適化することができる。
【0113】
特に、第２のレンズ２１は、増幅される光パルス２ａのパケット２ｂを、必要に応じて第１のレンズ２０によって集束されるポンプ光ビームＰＢ２の直径のサイズに対して、例えば１／２０～１／５の直径を有する集束サイズで集束させることができる。
【0114】
理解されるように、発光レーザ装置３からの出力において、高いエネルギーを有する複数２の超短光パルス２ａを有することにより、その下流側で必要な増幅要件の緩和が可能になる。これにより、光パルス２ａのパケット２ｂを唯一の単段増幅器５ａを介して増幅することが可能になり、光電子デバイス１の全体的なコスト及びアーキテクチャの複雑さが大幅に低減される。
【0115】
以下、図に示す実施形態の例に従って、光電子デバイス１の非限定的な動作の例を説明する。
【0116】
発光レーザ装置３は、出力において、例えば前述した動作により、複数２の高いエネルギーの超短光パルス２ａを高い繰り返し周波数で生成して送信する。この複数２は、変調手段４に、又はより詳細には音響光変調器４ａに入射し、音響光変調器４ａは、適用要件に従って駆動手段４ｂによって駆動されて、変調された超短光パルス２ａのパケット２ｂを生成し、これらを単段固体増幅器５ａの入力に向けてそらす。増幅器に入る光パルス２ａのパケット２ｂは、最初に第２のレンズ２１を通して集束され、次いで第１のガイド構成要素１８によってＹｂ：ＹＡＧ結晶１６に向かって反射される。このＹｂ：ＹＡＧ結晶１６は、レーザダイオード１７によって放出されたポンプ光ビームＰＢ２を介してポンピングされ、逆伝播動作形態に従って第１のレンズ２０を介して利得要素１６に集束される。当然のことながら、ポンプ光ビームＰＢ２は、第２のガイド構成要素１９の発光波長において高い透過率で作られているため、第２のガイド構成要素を通過することができる。Ｙｂ：ＹＡＧ結晶１６に向けられたポンプ光ビームＰＢ２は、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶１６の原子を励起し、光パルス２ａのパケット２ｂの光子に衝突又は刺激されると、それらとコヒーレントな光子を放出し、電磁界の強度を増大させ、したがって増幅された超短光パルス２ａのパケット２ｂを増大させる。Ｙｂ：ＹＡＧ結晶１６の出力における増幅された超短光パルス２ａのそのようなパケット２ｂは、第２のガイド構成要素１９によって最初に反射され、次いで増幅器５ａの出力の方向に第３のレンズ２２によってコリメートされ、それにより、レーザビーム出力のサイズは、かなりの伝播距離にわたっても感知できるほどには変化しない。
【0117】
更に、本発明の目的は、超短光パルス２ａの複数２のパケット２ｂを高いエネルギー及び高い繰り返し周波数で放出する方法でもある。
【0118】
本発明に係る方法は、最初に、本発明に係る又は本発明の実施形態に係るデバイス１を用意するステップを含む。
【0119】
続いて、発光レーザ装置３によって、高いエネルギーＥｐ及び高い繰り返し周波数ｆｒを伴う複数２の超短光パルス２ａを放出するステップがある。
【0120】
その後、変調手段４によって、変調された超短光パルス２のパケット２ｂを生成するように、発光レーザ装置３によって放出された複数２の超短光パルス２ａから所与の数の光パルス２ａをピックアップして変調するステップが想定される。
【0121】
特に、ピックアップ及び変調のこのステップは、例えばデジタル信号及び／又はアナログ信号を介して、駆動手段４ｂによって変調手段４の音響光変調器４ａを駆動するステップを含むことができる。
【0122】
最後に、方法は、増幅手段５によって変調された超短光パルス２ａのパケット２ｂを増幅するステップを提供する。
【0123】
発光レーザ装置３は、高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う複数２の光パルス２ａの安全かつ高い動作安定性での放出を可能にする。
【0124】
光電子デバイス１は、チャープパルス増幅又はＣＰＡ技術を使用する低電力発振器及び多段増幅器に基づく既知の超短パルスレーザデバイスよりも低い全体コスト及び低いアーキテクチャ複雑度で、多種多様な産業、科学、及び／又は医療の運用用途のための代替的かつ革新的な解決策を提供する。
【0125】
更に、光電子デバイス１はまた、優れた精度及び処理速度、したがって、例えば材料のマイクロマシニング又はマイクロはんだ付けに使用される場合、全体的に優れた動作品質を可能にする。
【0126】
本発明に係る光電子デバイス１はまた、必要又は所望に応じて、その出力においてより高いエネルギー又は電力に達するために、問題の用途によって必要とされる電力又はエネルギー要件を達成するために、増幅手段５、より具体的には単段増幅器５ａ、更なる単段増幅器にカスケードで追加することが可能であり得るので、高いスケーラビリティを有することを考慮すべきである。
【0127】
更に、本発明に係る光電子デバイス１は、ストレッチャ及び圧縮器の実装を必要とせず、コストの観点及びアーキテクチャの複雑さの観点の両方から本質的に節約する。
【0128】
したがって、本発明が提案された目的をどのように完全に達成するかが分かった。
【0129】
このようにして想起された本発明は、変更及び変形が可能であり、それらは全て本発明の概念の範囲内にある。
【0130】
更に、全ての詳細は、他の技術的に等価な要素で置き換えることができる。
【0131】
実際には、使用される材料、並びに条件付きの形状及び寸法は、以下の特許請求項の保護範囲を放棄することなく、要件に従って任意であり得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2023-07-26
【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】
高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴う、複数（２）の超短光パルス（２ａ）、すなわち、約１０ピコ秒～約１０フェムト秒の程度の持続時間の各光パルス（２ａ）の発光レーザ装置（３）であって、前記発光レーザ装置（３）は、使用時にパッシブモードロック動作モードで動作する少なくとも１つの固体レーザ発振器（３ａ）である又は該固体レーザ発振器（３ａ）を備えるとともに、約５００ＭＨｚ以上の繰り返し周波数（ｆｒ）を伴う複数（２）の超短光パルス（２ａ）を放出するように構成され、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の各光パルス（２ａ）が約２ｎＪ～約２０ｎＪのエネルギー値（Ｅｐ）を有し、
前記発振器（３ａ）は、使用時に、最初に共振光に、次いで複数（２）の超短光パルス（２ａ）に切り換えられる又は変換されるように設計される少なくとも１つの光学的な光源を生成するようになっており、その後に、そのような複数（２）の各超短光パルス（２ａ）のエネルギー（Ｅ ｐ ）を増幅するようになっているポンピング手段（３ｂ）を含み、前記ポンピング手段（３ｂ）は、少なくとも１つの利得手段（６）と、使用時に少なくとも１つのポンピング光ビーム（ＰＢ １ ）又は光学的な光源を放出するように構成される少なくとも１つのポンピング要素（７）とを備え、前記発振器（３ａ）レーザが共振キャビティ（ＲＣ）も備え、該共振キャビティ（ＲＣ）は、
－前記利得手段（６）に向けて前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）又は前記共振光を誘導する、
－前記利得手段（６）から前記共振キャビティ（ＲＣ）の出力に向けて及びその逆に前記ポンピング手段（３ｂ）によって増幅される前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）又は共振光を誘導する、
ようになっている誘導手段（３ｃ）を含み、
前記共振キャビティ（ＲＣ）は、前記発光レーザ装置（３）が連続波状態からパルス状態に移行する間、その寸法すなわちその展開に沿ったビームの幅を実質的に一定に保つために、前記共振光により交差される前記利得手段（６）の前記少なくとも２つの面のうちの１つに対して外側の特定の距離範囲内に前記共振光の焦点が位置されるように構成される、
発光レーザ装置（３）。
【請求項2】
前記少なくとも１つの利得手段（６）は、約１０２０ｎｍ～約１０８０ｎｍの間に含まれる発光波長を有するＹＡＧタイプ又はＣＡＬＧＯタイプの少なくとも１つのイッテルビウムイオンドープ結晶である又は該イッテルビウムイオンドープ結晶を備える、請求項１に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項3】
前記少なくとも１つのポンピング要素（７）は、約５Ｗ～約２０Ｗの電力で前記少なくとも１つのポンピング光ビーム（ＰＢ１）を放出するように構成される少なくとも１つのレーザダイオードである又は該レーザダイオードを備える、請求項１又は２に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項4】
前記レーザダイオードは、平坦な波面を有するポンピング光ビーム（ＰＢ１）を放出するようにコリメータで終端する光ファイバ結合レーザダイオードである、請求項３に記載のレーザ発光装置（３）。
【請求項5】
前記誘導手段（３ｃ）は、－前記共振キャビティ（ＲＣ）内の共振光又は前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）を前記利得手段（６）に向けて誘導するようになっている１つ以上の第１の誘導要素（８，９，１０）と、
－前記利得手段（６）から前記共振キャビティ（ＲＣ）の出力に向けて及びその逆に、前記ポンピング手段（３ｂ）によって増幅される、前記共振キャビティ（ＲＣ）内の共振光又は前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）を誘導するようになっている１つ以上の第２の誘導要素（１１，１２，１３，１４）と、
を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ発光装置（３）。
【請求項6】
前記１つ以上の第１の誘導要素（８，９，１０）のうちの少なくとも１つの誘導要素（８）は、前記少なくとも１つのポンピング要素（７）によって放出される前記光学的な光源を複数（２）の超短光パルス（２ａ）に変換した後に、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）を前記利得手段（６）に向けて誘導するようになっている少なくとも変換手段（８ａ）である又は該変換手段（８ａ）を備える、請求項５に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項7】
前記変換手段（８ａ）は、使用時に第２高調波を生成するようになっている可飽和吸収体又はＳＥＳＡＭ、又は非線形結晶を含む非線形ミラーと、前記非線形結晶と組み合わせて使用されるとともに、緑色波長において約９９％以上の反射率で構成され、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の波長において約９５％以上の反射率で構成されるダイクロイックミラーとを備える、請求項６に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項8】
前記１つ以上の第１の誘導要素（８，９，１０）は、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の波長において約９９％以上の反射率で構成されるミラー（９）、及び／又は前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の波長において約９９％以上の反射率で構成され、前記ポンピング要素（７）によって放出される前記ポンピング光ビーム（ＰＢ１）の波長において約９５％以上の透過率で構成されるダイクロイックミラー（１０）である又はこれらのミラーを備える、請求項５から７のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項9】
前記１つ以上の第２の誘導要素（１１，１２１３，１４）は、前記ポンピング手段（３ｂ）によって増幅される、前記共振キャビティ（ＲＣ）内の共振光又は前記複数（２つ）の超短光パルス（２ａ）のエネルギーの第１の部分の前記発振器（３ａ）の出力への透過、及び前記ポンピング手段（３ｂ）によって増幅される、前記共振キャビティ（ＲＣ）内の共振光又は前記複数（２つ）の超短光パルス（２ａ）のエネルギーの第２の部分の再度の前記共振キャビティ（ＲＣ）内へのフィードバック又は反射を可能にするように構成される少なくとも１つの反射及び透過要素又はカプラ（１４）である又は該反射及び透過要素又はカプラ（１４）を備える、請求項５から８のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項10】
前記少なくとも１つの反射及び透過要素又はカプラ（１４）は、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の波長において約７５％～約９５％の部分反射率で構成される半反射ミラーである又は該半反射ミラーを備える、請求項９に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項11】
前記１つ以上の第２の誘導要素（１１，１２，１３，１４）は、前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）の波長において約９９％以上の反射率で、及び前記ポンピング要素（７）によって放出される前記ポンピング光ビーム（ＰＢ１）の波長において約９５％以上の透過率で構成される第１のダイクロイックミラー（１１）、及び／又は前記複数（２）の光パルス（２ａ）の波長において約９９％以上の反射率で構成される第２のミラー（１２）、及び／又は前記共振キャビティ（ＲＣ）内でのソリトンの生成をサポートするように構成されるギアズ・トゥルノワ型の第３のミラー（１３）である又はこれらのミラーを少なくとも備える、請求項５から１０のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項12】
前記ポンピング手段（３ｂ）は、前記ポンピング要素（７）によって放出される前記少なくとも１つのポンピング光ビーム（ＰＢ１）を前記利得手段（６）に向けて集束させるようになっている少なくとも１つの集束要素（１５）を備え、前記少なくとも１つの集束要素（１５）は、前記利得手段（６）において前記共振キャビティ（ＲＣ）によってサポートされる共振モードと寸法的に適合する直径を有するポンピング光ビーム（ＰＢ１）を得るために、前記ポンピング要素（７）によって放出される前記少なくとも１つのポンピング光ビーム（ＰＢ１）を前記利得手段（６）に向けて集束させるように構成されるレンズである、請求項１から１１のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項13】
前記共振キャビティ（ＲＣ）は、前記共振光により交差される前記利得手段（６）の前記少なくとも２つの面の一方から約５ｍｍ～約３０ｍｍの範囲の距離に前記共振光の焦点が位置されるように構成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）。
【請求項14】
高いエネルギー及び高い繰返し周波数を伴う超短光パルス（２ａ）の複数（２）のパケット（２ｂ）を放出するための光電子デバイス（１）であって、請求項１から１３のいずれか一項に記載の発光レーザ装置（３）と、前記発光レーザ装置（３）によって放出される前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）から所与の数の光パルス（２ａ）をピックアップして変調し、変調された超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を生成するように構成される変調手段（４）と、前記変調手段（４）の下流側に配置され、前記変調手段（４）によって変調される前記超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）の各光パルス（２ａ）の前記エネルギー（Ｅｐ）を増幅するように構成される増幅手段（５）とを備え、前記増幅手段（５）は、各パケット（２ｂ）の各光パルス（２ａ）の前記エネルギー（Ｅｐ）を増幅するように構成される少なくとも１つの単段増幅器（５ａ）である又は該単段増幅器（５ａ）を備えることを特徴とする光電子デバイス（１）
【請求項15】
前記変調手段（４）は、少なくとも１つの音響光変調器（４ａ）及び前記デバイス（１）の動作要件に基づいて前記音響光変調器（４ａ）を駆動するようになっている駆動手段（４ｂ）である又は前記少なくとも１つの音響光変調器（４ａ）及び前記駆動手段（４ｂ）を備える、請求項１４に記載のデバイス（１）。
【請求項16】
前記音響光変調器（４ａ）が二酸化テルル結晶である又は二酸化テルル結晶を含む、請求項１５に記載のデバイス（１）。
【請求項17】
前記駆動手段（４ｂ）は、－前記音響光変調器（４ａ）を起動させる又は起動停止させるべく設計されるデジタル信号であって、前記音響光変調器（４ａ）が起動停止時に前記複数（２）の光パルス（２ａ）の通過を可能にする一方で、起動時に前記複数（２）の光パルス（２ａ）を前記増幅器（５ａ）の入力に向けて迂回させることによって変調された超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を生成するようにする、デジタル信号によって、及び／又は前記デバイス（１）の動作要件に従って光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）の振幅、したがって電力を変調するように設計されるアナログ信号によって、
前記音響光変調器（４ａ）を駆動するように設計される、請求項１５又は１６に記載のデバイス（１）。
【請求項18】
前記単段増幅器（５ａ）は、各パケット（２ｂ）の各光パルス（２ａ）の前記エネルギー（Ｅｐ）を約１００ｎＪ～約２０μｊの間の値まで増幅するように構成される、請求項１４から１７のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項19】
前記増幅器（５ａ）は、超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）の各光パルス（２ａ）の前記エネルギー（Ｅｐ）を増幅するようになっているポンプ手段（５ｂ）であって、少なくとも１つの利得要素（１６）、及び使用時に少なくとも１つのポンプ光ビーム（ＰＢ２）を放出するように構成される少なくとも１つのポンプ要素（１７）を備える、ポンプ手段（５ｂ）と、
－前記増幅器（５ａ）の入力における超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）を前記利得要素（１６）に向けて案内する、及び
－前記ポンプ手段（５ｂ）によって増幅される超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）を前記利得要素（１６）から前記増幅器（５ａ）の出力に向けて案内する、
ように構成されるガイド構成要素（５ｃ）と、
を備える固体増幅器である、請求項１４から１８のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項20】
前記少なくとも１つの利得要素（１６）は、約１０２０ｎｍ～約１０８０ｎｍの間に含まれる発光波長を有するＹＡＧタイプ又はＣＡＬＧＯタイプの少なくとも１つのイッテルビウムイオンドープ結晶である又は該イッテルビウムイオンドープ結晶を備える、請求項１９に記載のデバイス（１）。
【請求項21】
前記少なくとも１つのポンプ要素（１７）は、約５０Ｗ～約１５０Ｗの範囲の電力で前記少なくとも１つのポンプ光ビーム（ＰＢ２）を放出するように構成される少なくとも１つのレーザダイオードである又は該レーザダイオードを備える、請求項１９又は２０に記載のデバイス（１）。
【請求項22】
前記ガイド構成要素（５ｃ）は、－前記増幅器（５ａ）に入力される超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を前記利得要素（１６）に向けて案内するようになっている少なくとも第１のガイド構成要素（１８）と、
－前記ポンプ手段（５ｂ）によって増幅される超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を前記利得要素（１６）から前記増幅器（５ａ）の出力に向けて案内するようになっている少なくとも第２のガイド構成要素（１９）と、
を備える、請求項１９から２１のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項23】
前記増幅手段（５）は、前記少なくとも１つのポンプ要素（１７）によって放出される前記少なくとも１つのポンプ光ビーム（ＰＢ２）及び／又は前記増幅器（５ａ）に入力される超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）及び／又は前記ポンプ手段（５ｂ）によって増幅される超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を集束又はコリメートするようになっている１つ以上の集束構成要素（２０，２１，２２）を備える、請求項１から２２のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項24】
前記第１及び第２のガイド要素（１８，１９）は、超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）の波長において約９９％以上の反射率、及び前記ポンプ要素（１７）によって放出される前記ポンプ光ビーム（ＰＢ２）の波長において約９５％以上の透過率で構成されるダイクロイックミラーである又は該ダイクロイックミラーを備える、請求項２２又は２３に記載のデバイス（１）。
【請求項25】
前記１つ以上の集束構成要素（２０，２１，２２）は、前記少なくとも１つのポンプ要素（１７）によって放出される前記ポンプ光ビーム（ＰＢ２）を集束させるようになっている第１のレンズ（２０）及び／又は前記増幅器（５ａ）に入力される超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）を集束させるようになっている第２のレンズ（２１）及び／又は前記ポンプ手段（５ｂ）によって増幅される超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）をコリメートするようになっている第３のレンズ（２２）である、請求項２３又は２４に記載のデバイス（１）。
【請求項26】
前記第２のレンズ（２１）は、光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）のより小さい発散を前記ポンプ光ビーム（ＰＢ２）のはるかに大きい発散に適合させるように、前記第１のレンズ（２０）によって集束される、前記ポンプ光ビーム（ＰＢ２）の直径の焦点サイズに対して１／２０～１／５の直径を有する集束サイズで前記光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）を集束させる、請求項２５に記載のデバイス（１）。
【請求項27】
前記少なくとも１つの増幅器（５ａ）は、逆伝播形態に従って動作し、すなわち、超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）は、前記ポンプ光ビーム（ＰＢ２）と同一直線上であるがそれとは反対の伝播方向で伝播し、かつ／又は発散形態において、すなわち、超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）は、前記増幅プロセスに起因する光強度の増大を含むように発散値を伴って前記利得要素（１６）内で伝播する、請求項１９から２６のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項28】
高いエネルギー及び高い繰り返し周波数を伴って超短光パルス（２ａ）の複数（２）のパケット（２ｂ）を放出する方法であって、請求項１６から２９のいずれか一項に記載のデバイス（１）を用意するステップと、
前記発光レーザ装置（３）を介して高いエネルギー（Ｅｐ）及び高い繰り返し周波数（ｆｒ）を伴う複数（２）の超短光パルス（２ａ）を放出するステップと、
前記変調手段（４）によって、変調された超短光パルス（２ａ）のパケット（２ｂ）を生成するように前記発光レーザ装置（３）によって放出される前記複数（２）の超短光パルス（２ａ）から決定された数の光パルス（２ａ）をピックアップして変調するステップと、
前記増幅手段（５）によって、変調された超短光パルス（２ａ）の前記パケット（２ｂ）を増幅するステップと、
を含む方法。
【国際調査報告】