激光脈沖壓縮用衍射光柵及激光裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在用于壓縮激光脈沖的脈沖寬度的脈沖壓縮器中使用的激光脈沖壓縮用的衍射光柵、及將該衍射光柵用于脈沖壓縮器的激光裝置。
【背景技術】
[0002]作為高輸出(高能量)且脈沖寬度為f秒?P秒數(shù)量級、使所謂的飛秒激光產(chǎn)生的激光裝置，已知有使用啁啾脈沖放大(CPA:Chirped Pulse Amplificat1n)法的激光裝置(參照專利文獻I等)。采用利用CPA法的激光裝置的話，通過利用脈沖擴張器擴大在激光振蕩器生成的激光的時間寬度(脈沖寬度)來抑制峰值強度后，利用激光放大器放大其輸出至不損傷激光介質的程度。其后，利用脈沖壓縮器，與脈沖擴張器相反地，在時間上壓縮激光脈沖，僅提高該壓縮部分的峰值強度并加以輸出。
[0003]激光振蕩器所生成的激光脈沖雖微小，但具有一定程度的波長寬度。脈沖擴張及脈沖壓縮利用該波長寬度，進行激光的脈沖寬度的擴張及壓縮，例如通過使波長在空間上被分散了的波長不同的光穿過不同光路長度來實現(xiàn)脈沖擴張。又，脈沖壓縮由與其相反的原理來實現(xiàn)。這種脈沖擴張器、脈沖壓縮器通常利用使相同結構的衍射光柵成對的衍射光柵對。
[0004]專利文獻2中公開了利用了衍射光柵對的典型的脈沖壓縮器(雙通結構)。即，該脈沖壓縮器包括:將光柵面相對而彼此平行地配置的兩塊衍射光柵(即衍射光柵對)；以及使穿過該衍射光柵對的激光脈沖全反射并再次入射至上述衍射光柵對的鏡子。通過由激光放大器放大的激光脈沖被導入該脈沖壓縮器，穿過衍射光柵、被鏡子反射后再次經(jīng)由衍射光柵返回(即進行一個往返)的過程，激光脈沖的波長寬度變窄，由此峰值強度得以提高。這樣構成的脈沖壓縮器具有能夠使兩塊衍射光柵的間隔變窄，有利于裝置的小型化的特征。
[0005]如上所述，在使用CPA法的激光裝置中，由激光放大器放大的能量較大的激光脈沖擊中構成脈沖壓縮器的衍射光柵。因此，衍射光柵的光柵面(即反射面)的損傷成為問題。即，在利用CPA法的激光裝置中，實現(xiàn)高輸出時，被用于脈沖壓縮器的衍射光柵的損傷閾值(即能量耐受性)成為較大的限制。為了改善用于脈沖壓縮器的衍射光柵的損傷閾值，以往提出有使衍射光柵表面的反射膜的膜厚變厚，使用能量耐受性高的多層電介質膜作為反射膜(參照專利文獻3、非專利文獻I)這樣的方法。這樣的方法確實在改善損傷閾值上是有效的。然而，存在衍射光柵的成本上升、激光裝置的價格變高的問題。
[0006]現(xiàn)有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:美國專利申請公開第2011/0026105號
[0009]專利文獻2:日本特開平9-211504號公報
[0010]專利文獻3:美國專利申請公開第2012/0093191號
[0011]非專利文獻
[0012]非專利文獻1::Bruno Touzet、「超高工氺；I/年' 一./n ;!/ Λ U 一寸、?出力$?倍増^甘§多層膜誘電體夕'V夕' HORIBA Technical R印orts」、株式會社堀場製作所、[online]、[平成 25 年 I 月 18 日検索]、彳 V 夕一v 卜 < URL:http://www.horiba.com/uploads/media/R027-04-018_01.pdf >

【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明要解決的問題
[0014]本發(fā)明是為了解決上述課題而做出的，其目的在于提供一種能夠以低廉的成本確保高損傷閾值的激光脈沖壓縮用衍射光柵、及利用該衍射光柵的激光裝置。
[0015]用于解決問題的手段
[0016]為了解決上述課題而做出的本發(fā)明是一種衍射光柵，所述衍射光柵在利用啁啾脈沖放大法的激光裝置中被用于脈沖壓縮器，所述脈沖壓縮器包括以光柵面相對的方式平行配置的同一形狀的兩塊衍射光柵，所述衍射光柵的特征在于，所述衍射光柵為具有至少表面被金屬反射膜覆蓋的截面呈鋸齒狀的槽的反射型閃耀衍射光柵，所述衍射光柵具有閃耀角，所述閃耀角被確定為，對于所使用的激光脈沖的波長，入射的激光脈沖的入射角和I級衍射光相對于槽斜面呈鏡面反射的關系，且得到規(guī)定的衍射效率。
[0017]又，為了解決上述課題而做出的本發(fā)明所涉及的第一形態(tài)的激光裝置是一種利用啁啾脈沖放大法的激光裝置，是將上述發(fā)明所涉及的衍射光柵作為脈沖壓縮器中的衍射光柵來使用的激光裝置，其特征在于，脈沖壓縮器包括:以光柵面相對的方式平行配置的同一形狀的第一衍射光柵、第二衍射光柵這兩塊衍射光柵；以及使經(jīng)由了該第一衍射光柵及第二衍射光柵的激光脈沖反射，并向第二衍射光柵及第一衍射光柵依序入射的反射鏡，這兩塊衍射光柵被配置為，從第二衍射光柵入射至第一衍射光柵的激光脈沖相對于該第一衍射光柵的槽斜面大致垂直地入射。
[0018]S卩，該第一形態(tài)的激光裝置的脈沖壓縮器的光學系統(tǒng)為雙通結構。
[0019]又，為了解決上述課題而做出的本發(fā)明所涉及的第二形態(tài)的激光裝置是一種利用啁啾脈沖放大法的激光裝置，是將上述發(fā)明所涉及的衍射光柵作為脈沖壓縮器中的衍射光柵來使用的激光裝置，其特征在于，脈沖壓縮器獲得經(jīng)由了以光柵面相對的方式平行配置的同一形狀的第一衍射光柵、第二衍射光柵這兩塊衍射光柵的激光脈沖，這兩塊衍射光柵被配置為，從第一衍射光柵入射至第二衍射光柵的激光脈沖相對于該第二衍射光柵的槽斜面大致垂直地入射。
[0020]S卩，該第二形態(tài)的激光裝置的脈沖壓縮器的光學系統(tǒng)為單通結構。
[0021]光柵面為截面鋸齒狀的反射型閃耀衍射光柵中，激光脈沖產(chǎn)生的電磁波容易集中于尖形狀的光柵凸部，該部分的反射膜容易產(chǎn)生損傷。對此，采用本發(fā)明所涉及的衍射光柵的話，由于在對于所使用的激光脈沖的波長，入射的激光脈沖的入射角和I級衍射光相對于槽斜面呈鏡面反射的關系這樣的條件下，確定閃耀角以得到規(guī)定的衍射效率，因此例如將該衍射光柵作為一對用于脈沖壓縮器的情況下，能夠使激光脈沖相對于槽斜面大致垂直地入射。
[0022]激光脈沖相對于閃耀衍射光柵的槽斜面大致垂直地入射的情況下，向尖形狀的光柵凸部的電磁波集中被緩和，因此與例如激光脈沖入射于光柵面的法線方向的情況相比，難以發(fā)生反射膜的損傷。即，衍射光柵的損傷閾值提高，因此，采用將該衍射光柵用于脈沖壓縮器的激光裝置的話，能夠提高激光輸出。又，由于衍射光柵的衍射效率也充分的高，因此能夠抑制脈沖壓縮器中的激光脈沖的能量損失，在該點上對于提高激光輸出來說也是有利的。又，采用本發(fā)明所涉及的衍射光柵的話，無需為了提高損傷閾值而使反射膜的膜厚加厚至需要以上，也不使用制造工序煩雜的電介質多層膜。由此，能夠控制制造成本。
[0023]另外，本發(fā)明所涉及的激光脈沖壓縮用衍射光柵優(yōu)選為復制衍射光柵，該復制衍射光柵是在形成有規(guī)定的截面呈鋸齒狀的槽的母衍射光柵的光柵槽的表面形成金屬反射膜，使該金屬反射膜和復制基板隔著樹脂材料密合，其后使該復制基板從母衍射光柵剝離，使所述金屬反射膜翻轉粘合于復制基板，由此形成光柵面而成的復制衍射光柵。
[0024]由此，能夠得到低成本且具有穩(wěn)定性能的衍射光柵。
[0025]發(fā)明效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明所涉及的激光脈沖壓縮用衍射光柵，無需使用電介質多層膜那樣的特殊的結構，即能確保高損傷閾值，且對于所