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レーザー装置

国内特許コード P170014111
整理番号 (S2014-0919-N0)
掲載日 2017年5月9日
出願番号 特願2016-518246
出願日 平成27年5月7日(2015.5.7)
国際出願番号 JP2015063842
国際公開番号 WO2015170780
国際出願日 平成27年5月7日(2015.5.7)
国際公開日 平成27年11月12日(2015.11.12)
優先権データ
  • 特願2014-096303 (2014.5.7) JP
  • 特願2014-096297 (2014.5.7) JP
発明者
  • 桂川 眞幸
出願人
  • 国立大学法人電気通信大学
発明の名称 レーザー装置
発明の概要 複雑な構成を用いることなく、レーザー光と媒質の相互作用における線形及び非線形の光学特性を操作できるとともに、高出力且つ高ビーム品質の長波長域、及び、短波長域のレーザー光を長期間照射できる、(線形及び非線形)光学過程の操作方法及びレーザー装置を提供する。
一又は複数の周波数の入射レーザー光を用いた線形及び非線形の光学過程において、発生レーザー光を含む該光学過程に関与する全てのレーザー光の異なる周波数間の相対位相を所望の値に操作することで、目的とする光学過程を実現することを特徴とする。
従来技術、競合技術の概要


レーザー光の性能の向上、特に高出力化や短波長化の技術の発展に伴って、LSI製造のためのリソグラフィ用の光源をはじめ、レーザーを用いた加工技術が今や産業の基幹技術の一つに成長しつつある。レーザー光のさらなる高出力化や高効率化に加え、より微細かつ高精度な加工を実現するために、レーザー光の短波長化が極めて重要な課題として取り上げられている。
また、近年では、アト秒光源の高強度化による非線形分光学も開拓されつつある(例えば、非特許文献1、非特許文献2等を参照。)。これらの技術は、軟X線の波長域を対象とするものである。

産業上の利用分野


達成したい光学過程を効率よく実現できる線形及び/又は非線形光学過程の操作方法、並びに、レーザー装置に関する。



本発明は、光の設計方法及び装置、特に、レーザー光を構成する離散的なスペクトルの強度分布、偏光分布、スペクトル位相を任意に変化させることができる手法を提供し、さらに、これらの手法を組み合わせることで、種々の光波形を持つレーザー光を作り出すことができるレーザー光の設計方法及びレーザー装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
一つ又は複数の光源から発生した、一つ又は複数の周波数からなる入射レーザー光を、非線形光学媒質を透過させて出射させるレーザー装置であって、
前記非線形光学媒質は、該光学媒質の内部に透明な分散媒質を1つ以上有し、該分散媒質は、発生レーザー光を含む該光学過程に関与する複数のレーザー光の異なる周波数間の相対位相関係が所望の値を近似的に満たすように求められる実効的厚みを備えて前記入射レーザー光の伝搬方向に沿った位置に配置されることを特徴とするレーザー装置。

【請求項2】
前記分散媒質の実効的厚み(x)は、下記の式(1)~式(m-1)を近似的に満たすように決められることを特徴とする請求項1記載のレーザー装置。
mod[Δφ1,2(ω,t’)+2π[ν(ν)-ν(ν)]x/c,2π]
=Δφ1,2(ωi+,t)・・・式(1)
mod[Δφ2,3(ω,t’)+2π[ν(ν)-ν(ν)]x/c,2π]
=Δφ2,3(ωi+,t)・・・式(2)

mod[Δφj,j+1(ω,t’)+2π[νj+1(νj+1)-ν(ν)]x/c,2π]
=Δφj,j+1(ωi+,t)・・・式(j)

mod[Δφm-1,m(ω,t’)+2π[ν(ν)-νm-1(νm-1)]x/c,2π]
=Δφm-1,m(ωi+,t)・・・式(m-1)
(ここで、φ(z,t)は、レーザー光のうち周波数νをもつレーザー光の、位置z及び時刻tにおける位相を意味する。Δφj,j+1(z,t)は、この光学過程に関与するレーザー光のうち周波数νをもつレーザー光と周波数νj+1をもつレーザー光との間の、位置z及び時刻tにおける相対位相であり、Δφj,j+1(z,t)=φj+1(z,t)-φ(z,t)を意味する。そして、Δφj,j+1(z,t)は、2πを周期とする周期関数であるため、0≦Δφj,j+1(z,t)<2πである。modは合同式を意味する。
また、ωはi番目の分散媒質のレーザー光の光学媒質入射面からの位置であり、xはi番目の分散媒質の実効的厚みである。mはこの光学過程に関与する異なる周波数をもったレーザー光(入射レーザー光と発生レーザー光の両方を含む)の数であり、2以上の自然数である。n(ν)は、i番目の分散媒質の周波数νにおける屈折率であり、cは真空中の光速である。
時刻t’は、レーザー光が分散媒質の入射面の位置(z=ω)に達したときの時刻である。Δφj,j+1(ωi+,t)のtは、分散媒質の出射面の位置(z=ωi+)における時刻を表しており、レーザー光が分散媒質内をxだけ進むのに要する時間分だけt’から進んだ時刻である。
Δφj,j+1(z,t)は目的の光学過程を実現する前記相対位相Δφj,j+1(z,t)に関する位置z及び時刻tにおける理想値を示す。)

【請求項3】
前記入射レーザー光と発生レーザー光の異なる周波数間の間隔が10THz以上であることを特徴とする、請求項1又は2項に記載のレーザー装置。

【請求項4】
前記光学媒質は液体又は気体であり、前記分散媒質は固体であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のレーザー装置。

【請求項5】
離散的なスペクトルからなるレーザー光を、軸性のある結晶板に透過させ、該結晶板の厚さ及び/又は角度を変化させることで、任意のスペクトル偏光分布を作り出すことを特徴とする、レーザー装置。

【請求項6】
前記結晶板に透過させた後に、偏光子に透過させることで任意のスペクトル強度分布を作り出すことを特徴とする、請求項5に記載のレーザー装置。

【請求項7】
前記偏光子に透過させた後に、第2の軸性のある結晶板に透過させ、該第2の軸性のある結晶板の厚さ及び/又は角度を変化させることで、スペクトル強度分布を操作した前記離散的なスペクトルに、さらに任意の偏光分布を作り出すことを特徴とする、請求項5又は6に記載のレーザー装置。

【請求項8】
請求項5~7のいずれか1項に記載のレーザー光を、さらに、1又は複数の透明な分散媒質に透過させ、該分散媒質の光学的厚みを調整することで、スペクトル間に任意の相対位相関係を作り出し、光波形を整形することを特徴とするレーザー装置。

【請求項9】
前記軸性のある結晶板を複数設けることを特徴とする、請求項5~8のいずれか1項に記載のレーザー装置。

【請求項10】
前記第2の軸性のある結晶板を複数設けることを特徴とする、請求項7~9のいずれか1項に記載のレーザー装置。

【請求項11】
前記偏光子を複数設けることを特徴とする、請求項6~10のいずれか1項に記載のレーザー装置。

【請求項12】
前記離散的なスペクトルの周波数間隔が10THz以上であることを特徴とする、請求項5~11のいずれか1項に記載のレーザー装置。

【請求項13】
請求項5~12のいずれか1項に記載のレーザー光の操作方法を、線形及び/又は非線形光学媒質中に、一又は複数個、組み込み、さらに、該線形及び/又は非線形光学媒質中を伝搬するレーザー光の進行方向に沿ってそれらの位置を調整することで、目的の光学過程を効率よく達成するよう、関与する線形および非線形光学過程を操作することを特徴とするレーザー装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016518246thum.jpg
出願権利状態 公開


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