JPH02285688A - ＫｒＦレーザー用の可飽和吸収フィルタ - Google Patents
ＫｒＦレーザー用の可飽和吸収フィルタInfo
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- JPH02285688A JPH02285688A JP10702389A JP10702389A JPH02285688A JP H02285688 A JPH02285688 A JP H02285688A JP 10702389 A JP10702389 A JP 10702389A JP 10702389 A JP10702389 A JP 10702389A JP H02285688 A JPH02285688 A JP H02285688A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、２４８ｎｍの波長を有するエキシマレーザ−
としてのＫｒＦレーザー用の可飽和吸収フィルタに関す
るものである。
としてのＫｒＦレーザー用の可飽和吸収フィルタに関す
るものである。
エキシマレーザ−は、広い利得帯域を持っており、短パ
ルスレーザ−増幅媒質として有効に動作すると共に、気
体レーザーであるため固体レーザーや色素レーザーで問
題となる自己位相変調等が生し難く、また、レーザー媒
質の大型化、冷却が容易である等の利点を有している。
ルスレーザ−増幅媒質として有効に動作すると共に、気
体レーザーであるため固体レーザーや色素レーザーで問
題となる自己位相変調等が生し難く、また、レーザー媒
質の大型化、冷却が容易である等の利点を有している。
このエキシマレーザ−の内、ＫｒＦレーザーＡｒＦレー
ザーは解離状態を呈する基底状態（下準位）を持ってお
り、パルス幅がフェムト秒（ｆｓ）の超短パルス領域ま
で効率の高いエネルギーを弓き出すことが可能であり、
特にＫｒＦレーザーは、色素レーザーと同様に高利得で
ありながら飽和エネルギー密度が低いためにレーデ−増
幅器は容易に飽和に達し、低い入力エネルギー領域に於
いても容易にエネルギーを引き出すことが可能である。
ザーは解離状態を呈する基底状態（下準位）を持ってお
り、パルス幅がフェムト秒（ｆｓ）の超短パルス領域ま
で効率の高いエネルギーを弓き出すことが可能であり、
特にＫｒＦレーザーは、色素レーザーと同様に高利得で
ありながら飽和エネルギー密度が低いためにレーデ−増
幅器は容易に飽和に達し、低い入力エネルギー領域に於
いても容易にエネルギーを引き出すことが可能である。
このようなＫｒＦレーザーにおいては、複雑な衝突反応
を辿ってレーザー励起状態（上準位）のＫｒＦエキシマ
を生成するための時間は１０ナノ秒（ｎｓ）以上必要で
あるが、その励起状態の実効寿命は数ナノ秒と短く、こ
の実効寿命（吸収回復時間）よりも遥かに長い時間で励
起する。
を辿ってレーザー励起状態（上準位）のＫｒＦエキシマ
を生成するための時間は１０ナノ秒（ｎｓ）以上必要で
あるが、その励起状態の実効寿命は数ナノ秒と短く、こ
の実効寿命（吸収回復時間）よりも遥かに長い時間で励
起する。
従って、短パルスレーザ−の増幅器では、短パルスレー
ザ−光が入射する前に、励起状態の寿命が来て基底状態
に遷移すると自然放出光を発し、この自然放出光をその
起源とする雑音光が増幅され、高利得の条件下ではＡ
Ｓ Ｅ （Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ５ｐｏｎｔａｎｅｏｕ
ｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）と呼ばれる強い雑音光を発生し
てしまう。
ザ−光が入射する前に、励起状態の寿命が来て基底状態
に遷移すると自然放出光を発し、この自然放出光をその
起源とする雑音光が増幅され、高利得の条件下ではＡ
Ｓ Ｅ （Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ５ｐｏｎｔａｎｅｏｕ
ｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）と呼ばれる強い雑音光を発生し
てしまう。
一般に、短パルスレーザ−の増幅器では、増幅利得は入
力光強度の関数であり励起時間のほとんどにおいて小信
号利得になっているので、高い光強度のレーザー光は容
易に飽和を示すがＡＳＥはそのパルス幅がＫｒＦエキシ
マの実効寿命よりも充分長いので小信号利得のまま定常
増幅され、高い光強度のレーザー光は相対的に低い光強
度のＡＳＥに比べて増幅利得が低くなる（第１０図参照
）。
力光強度の関数であり励起時間のほとんどにおいて小信
号利得になっているので、高い光強度のレーザー光は容
易に飽和を示すがＡＳＥはそのパルス幅がＫｒＦエキシ
マの実効寿命よりも充分長いので小信号利得のまま定常
増幅され、高い光強度のレーザー光は相対的に低い光強
度のＡＳＥに比べて増幅利得が低くなる（第１０図参照
）。
このため、増幅の過程でレーザー光と雑音光であるＡＳ
Ｅとの比率、即ちレーザー増幅器のＳ／Ｎ比は低下する
一方であり、特に高利得のＫｒＦレーザーでは、入射部
のＡＳＥ成分が極めて低レベルでも、象、速にＡＳＥが
大きくなってしまう結果となる。
Ｅとの比率、即ちレーザー増幅器のＳ／Ｎ比は低下する
一方であり、特に高利得のＫｒＦレーザーでは、入射部
のＡＳＥ成分が極めて低レベルでも、象、速にＡＳＥが
大きくなってしまう結果となる。
このような増幅過程におけるＳ／Ｎ比の低下を除去する
ためには、空間フィルタでは解決できず、不平等な増幅
を補償する損失、即ち不平等吸収を行う媒体が必要であ
り、この不平等な吸収媒体として、入射光強度が低い雑
音光ＡＳＨには大きな吸収損失を与えレーザー光のよう
に強い光に対しては実質的に透明になるような可飽和吸
収フィルタ（可飽和吸収体）が従来より用いられている
。
ためには、空間フィルタでは解決できず、不平等な増幅
を補償する損失、即ち不平等吸収を行う媒体が必要であ
り、この不平等な吸収媒体として、入射光強度が低い雑
音光ＡＳＨには大きな吸収損失を与えレーザー光のよう
に強い光に対しては実質的に透明になるような可飽和吸
収フィルタ（可飽和吸収体）が従来より用いられている
。
しかしながら、これまでは可視領域の色素レザーなどで
は良質な特性をもった可飽和吸収フィルタが用いられて
いるものの、紫外域においては可飽和吸収媒質の残留吸
収が非常に大きく、或いは残留吸収が小さくても飽和に
要するレーザーエネルギーが大きく （従って入力光エ
ネルギーが小さいものに対してはフィルタとして作用セ
ず）、ＫｒＦレーザー用として未だ実用となる可飽和吸
収フィルタは開発されていない。
は良質な特性をもった可飽和吸収フィルタが用いられて
いるものの、紫外域においては可飽和吸収媒質の残留吸
収が非常に大きく、或いは残留吸収が小さくても飽和に
要するレーザーエネルギーが大きく （従って入力光エ
ネルギーが小さいものに対してはフィルタとして作用セ
ず）、ＫｒＦレーザー用として未だ実用となる可飽和吸
収フィルタは開発されていない。
従って、レーザー増幅器の利得を下げてＡＳＥレヘルを
減少さゼているのが現状である。
減少さゼているのが現状である。
このため、依然としてレーザー光に対して数％のＡＳＥ
は残留し、また、ＫｒＦレーデ−本来の利点である高利
得特性を生かすことができなかった。
は残留し、また、ＫｒＦレーデ−本来の利点である高利
得特性を生かすことができなかった。
また、吸収飽和に要するエネルギーが大きいフィルタを
ＫｒＦレーザーに使用すると、吸収飽和のために必要な
光強度では例えば２光子吸収が起こってしまい、通常用
いている光学素子や溶媒自身が不透明になるなど、実用
上問題があった。
ＫｒＦレーザーに使用すると、吸収飽和のために必要な
光強度では例えば２光子吸収が起こってしまい、通常用
いている光学素子や溶媒自身が不透明になるなど、実用
上問題があった。
従って、本発明は、短パルスレーザ−光に対して低いエ
ネルギー密度で透明となり、ＡＳＥに対して大きな減衰
率を有するＫｒＦレーザー用の可飽和吸収フィルタを実
現することを目的とする。
ネルギー密度で透明となり、ＡＳＥに対して大きな減衰
率を有するＫｒＦレーザー用の可飽和吸収フィルタを実
現することを目的とする。
〔課題を解決するための手段及び作用〕まず、雑音光Ａ
Ｓ、Ｅを抑制し、レーザーパルスを増幅するために必要
な可飽和吸収フィルタの条件について考察する。
Ｓ、Ｅを抑制し、レーザーパルスを増幅するために必要
な可飽和吸収フィルタの条件について考察する。
ＡＳＥは小信号利得で増幅されるが、レーザー増幅器の
入力に増幅器の小信号利得に等しい小信号減衰率を持っ
た可飽和吸収体を挿入すれば、ＡＳＥの増幅を全く許さ
ずレーザーパルスを増幅することが可能である。即ち、 ｇｏ ・Ｉ、−α。・Ｌ、 （＋）である。ここ
で、ｇｏ、α。は増幅器の小信号利得係数、可飽和吸収
フィルタの小信号吸収係数であり、■７、Ｌ、は増幅器
の利得長、可飽和吸収フ＝ ４ ィルタの吸収長である。
入力に増幅器の小信号利得に等しい小信号減衰率を持っ
た可飽和吸収体を挿入すれば、ＡＳＥの増幅を全く許さ
ずレーザーパルスを増幅することが可能である。即ち、 ｇｏ ・Ｉ、−α。・Ｌ、 （＋）である。ここ
で、ｇｏ、α。は増幅器の小信号利得係数、可飽和吸収
フィルタの小信号吸収係数であり、■７、Ｌ、は増幅器
の利得長、可飽和吸収フ＝ ４ ィルタの吸収長である。
一方、可飽和吸収フィルタは、レーザーパルスに対して
実際に照射可能な光強度領域で透明になる必要がある。
実際に照射可能な光強度領域で透明になる必要がある。
可飽和吸収フィルタの励起状態緩和時間が、レーザーパ
ルスに対して十分短いと仮定した場合、可飽和吸収フィ
ルタを透明にするのに必要なエネルギー密度Ｅ、は、飽
和吸収体の飽和エネルギー密度（フルーエンス）、小信
号透過率をそれぞれＥ ｓ ａ、α。・■７とした場合
に、Ｅｂ＝Ｅ、、・α０−ＬＩｌ （２）Ｅ ｓ ａ
三ｈν／σ３（３） で与えられる。ここでσａは、可飽和吸収フィルタの吸
収断面積である。
ルスに対して十分短いと仮定した場合、可飽和吸収フィ
ルタを透明にするのに必要なエネルギー密度Ｅ、は、飽
和吸収体の飽和エネルギー密度（フルーエンス）、小信
号透過率をそれぞれＥ ｓ ａ、α。・■７とした場合
に、Ｅｂ＝Ｅ、、・α０−ＬＩｌ （２）Ｅ ｓ ａ
三ｈν／σ３（３） で与えられる。ここでσａは、可飽和吸収フィルタの吸
収断面積である。
また、２光子吸収、非線形屈折率等の制限から、可飽和
吸収フィルタに照射可能な最大レーザー光強度は１０Ｇ
Ｗ／ｃｍ”のオーダーであるので、パルス幅としてＩｐ
ｓを仮定すれば、可飽和吸収フィルタに照射可能なエネ
ルギー密度は、１０ｍＪ／ｃｍ２である。
吸収フィルタに照射可能な最大レーザー光強度は１０Ｇ
Ｗ／ｃｍ”のオーダーであるので、パルス幅としてＩｐ
ｓを仮定すれば、可飽和吸収フィルタに照射可能なエネ
ルギー密度は、１０ｍＪ／ｃｍ２である。
ＫｒＦレーザー増幅器の典型的な小信号利得ｇ。
Ｌは４〜１０程度であるので、αｏ−Ｌ＝１０、Ｅ、
−１０ｍＪ／ｃｍ２を式（２）に代入すれば、ＫｒＦレ
ーザー用の可飽和吸収フィルタとして実用可能な飽和エ
ネルギー密度Ｅ ｓｍは、 Ｆ＋ と計算できる。この飽和エネルギー密度を満足する吸収
断面積は、式（３）よりａ ｍ ＝ ８ Ｘ １０−１
６ｃｍ２と求められる。これは、ＫｒＦエキシマの誘導
放出断面積の３倍以上に相当する大きな値である。
−１０ｍＪ／ｃｍ２を式（２）に代入すれば、ＫｒＦレ
ーザー用の可飽和吸収フィルタとして実用可能な飽和エ
ネルギー密度Ｅ ｓｍは、 Ｆ＋ と計算できる。この飽和エネルギー密度を満足する吸収
断面積は、式（３）よりａ ｍ ＝ ８ Ｘ １０−１
６ｃｍ２と求められる。これは、ＫｒＦエキシマの誘導
放出断面積の３倍以上に相当する大きな値である。
一方、可飽和吸収フィルタの良否を決定する残留吸収は
、芳香族化合物の場合、励起準位からの吸収が支配的で
あり、その化合物の基底状態の吸収断面積σ。２と励起
状態の吸収断面積σ１７の比、「５σ０２／σ１１ で飽和特性の良否が評価される。この励起状態からの吸
収断面積σ１、は、レーザー光を可飽和吸収フィルタに
照射して初めて測定可能な定数であり、計算や基底状態
の吸収断面積から直接水めることは困難である。
、芳香族化合物の場合、励起準位からの吸収が支配的で
あり、その化合物の基底状態の吸収断面積σ。２と励起
状態の吸収断面積σ１７の比、「５σ０２／σ１１ で飽和特性の良否が評価される。この励起状態からの吸
収断面積σ１、は、レーザー光を可飽和吸収フィルタに
照射して初めて測定可能な定数であり、計算や基底状態
の吸収断面積から直接水めることは困難である。
この理由から、未知のσＩ１１に対して大きな「値を期
待するためには、基底状態の吸収断面積σ。２の大きな
媒質を候補とし、ｒ値を実測することが有効な手段であ
る。この方法は上記の低い飽和エネルギーを得るための
条件とも一致する。
待するためには、基底状態の吸収断面積σ。２の大きな
媒質を候補とし、ｒ値を実測することが有効な手段であ
る。この方法は上記の低い飽和エネルギーを得るための
条件とも一致する。
以上の考察から、ＫｒＦエキシマレーザ−波長において
ｌ Ｑ−” ｃｍ２以上の大きな吸収断面積を持つ媒質
を候補として選びその特性を評価した。
ｌ Ｑ−” ｃｍ２以上の大きな吸収断面積を持つ媒質
を候補として選びその特性を評価した。
ここで、３環芳香族は、２５Ｏｎｍ付近に強い吸収帯を
持っており、ＫｒＦレーザー用可飽和吸収体の有力候補
である。特に、アントラセンに代表される線型系列３環
芳香族は、第１図に示すように、非線形系列（フェナン
トレン）に比べ高く鋭い吸収ピークを持っているが、ア
ントラセンの吸収ピークは、２５２ｎｍと長波長側に存
在していたので、レーザー波長２４８．５ｎｍ付近に吸
収ピークを持つ以下の表１に示す吸収体を有力候補とし
て測定を行った。
持っており、ＫｒＦレーザー用可飽和吸収体の有力候補
である。特に、アントラセンに代表される線型系列３環
芳香族は、第１図に示すように、非線形系列（フェナン
トレン）に比べ高く鋭い吸収ピークを持っているが、ア
ントラセンの吸収ピークは、２５２ｎｍと長波長側に存
在していたので、レーザー波長２４８．５ｎｍ付近に吸
収ピークを持つ以下の表１に示す吸収体を有力候補とし
て測定を行った。
表１
また、これらの吸収体についてそれぞれ吸収断面積を測
定した結果が下記の表２に示されている。
定した結果が下記の表２に示されている。
表２
＜（ｒ値が大きく）且つ吸収断面積が大きい媒質は、ア
クリジン溶液であることが分かった。
クリジン溶液であることが分かった。
このようなアクリジン溶液（メタノール溶液）の吸収ス
ペクトルが第２図に示されており、ローダミン６Ｇ色素
レーザー用の可飽和色素ＤＯＤＣＩ （エタノール溶液
）及びＸｅＣｌレーザー用の可飽和吸収体ＢＢＱ （ジ
オキサン溶液）と比較すると、アクリジン溶液は、ＢＢ
Ｑより墨かに大きな基底状態の吸収断面積６． ８ Ｘ
１０−１６ｃｍ”を有し、その吸収特性はＤＯＤＣＩ
にほぼ匹敵することが示されている。
ペクトルが第２図に示されており、ローダミン６Ｇ色素
レーザー用の可飽和色素ＤＯＤＣＩ （エタノール溶液
）及びＸｅＣｌレーザー用の可飽和吸収体ＢＢＱ （ジ
オキサン溶液）と比較すると、アクリジン溶液は、ＢＢ
Ｑより墨かに大きな基底状態の吸収断面積６． ８ Ｘ
１０−１６ｃｍ”を有し、その吸収特性はＤＯＤＣＩ
にほぼ匹敵することが示されている。
このアクリジンは、分子式Ｃｌ５Ｈ９Ｎで表され、なる
構造を有するものである。
構造を有するものである。
これらの表１．２から、２４８．５ｎｍのＫｒＦレーザ
ー波長に於て最も飽和エネルギーが小さ実際にパルスＫ
ｒＦレーザー光をアクリジンン容液の可飽和吸収フィル
タに照射して、飽和エネルギー密度及び実効寿命を測定
した。
ー波長に於て最も飽和エネルギーが小さ実際にパルスＫ
ｒＦレーザー光をアクリジンン容液の可飽和吸収フィル
タに照射して、飽和エネルギー密度及び実効寿命を測定
した。
この測定系が第３図に示されており、■は３０８ｎｍの
波長で発振するＸｅＣｌ！、レーザー、２はこの３０８
ｎｍの出力波長により励起され４９７ｎｍの波長で発
振する色素レーザー、３は色素レーザー２からの可視領
域の出力波長を紫外領域の２４８ｎｍの波長に変換する
波長変換器（ＳＨＧ−非線形光学結晶β−Ｂ ａ Ｂ２
０４ ）４は２４８ｎｍの波長を増幅するＫｒＦレーザ
ー増幅器、５は２つのレンズとアパーチャで構成しプラ
ズマ発生を避けるために真空排気した空間フィルタ、Ｓ
Ａは可飽和吸収フィルタ、６．７は出力レーザーエネル
ギーを測定するためのカロリメータ、そして８は透過エ
ネルギーを測定するためのフォトダイオードである。
波長で発振するＸｅＣｌ！、レーザー、２はこの３０８
ｎｍの出力波長により励起され４９７ｎｍの波長で発
振する色素レーザー、３は色素レーザー２からの可視領
域の出力波長を紫外領域の２４８ｎｍの波長に変換する
波長変換器（ＳＨＧ−非線形光学結晶β−Ｂ ａ Ｂ２
０４ ）４は２４８ｎｍの波長を増幅するＫｒＦレーザ
ー増幅器、５は２つのレンズとアパーチャで構成しプラ
ズマ発生を避けるために真空排気した空間フィルタ、Ｓ
Ａは可飽和吸収フィルタ、６．７は出力レーザーエネル
ギーを測定するためのカロリメータ、そして８は透過エ
ネルギーを測定するためのフォトダイオードである。
このような測定系を用いて得たアクリジン・メタノール
溶液の入力エネルギー密度に対するエネルギー透過率の
変化（飽和特性）が第４図に示されており、図中、点線
部分Ａは小さな入力エネルギー密度に対して透過率が悪
く不透明に近いことを示し、点線部分Ｂは大きなエネル
ギー密度に対して透過率が良く透明に近い飽和状態に在
るところを示している。
溶液の入力エネルギー密度に対するエネルギー透過率の
変化（飽和特性）が第４図に示されており、図中、点線
部分Ａは小さな入力エネルギー密度に対して透過率が悪
く不透明に近いことを示し、点線部分Ｂは大きなエネル
ギー密度に対して透過率が良く透明に近い飽和状態に在
るところを示している。
即ち、入力エネルギー密度２ ｍＪ／ｃｍ２以−１−で
顕著な飽和を示し、２０ ｍＪ／ｃｍ２で０．２１まで
透過率は増加している。但し、これ以上の入力エネルギ
ー密度では飽和は鈍り最大透過率は０．４２となってい
る。
顕著な飽和を示し、２０ ｍＪ／ｃｍ２で０．２１まで
透過率は増加している。但し、これ以上の入力エネルギ
ー密度では飽和は鈍り最大透過率は０．４２となってい
る。
この飽和特性に基づいて飽和エネルギーを求めると、吸
収断面積の最も大きなアクリジン溶液の飽和エネルギー
は第４図の実験データを解析することにより１．２ｍＪ
／ｃｍ２を得た。これば、非常に小さく優秀な可飽和吸
収体であることが分かった。これは、上述のように、集
光エネルギーの上限を１０ｍＪ／ｃｍ２と仮定した場合
、１段当たりの増幅器の小信号利得をｇ。−Ｌ＝８．３
まで増加させても、ＡＳＥを全く成長させずにレーザー
パルスを増幅できることを意味している。これまでの増
幅システムでは、ＡＳＨの増幅を抑えるためにｇ。−Ｌ
＜４程度に利得を制限し且つ、レーザーエネルギーに対
し数％のＡＳＥを容認していた事を考慮すれば、この可
飽和吸収フィルタは非常に有効であることを示している
。
収断面積の最も大きなアクリジン溶液の飽和エネルギー
は第４図の実験データを解析することにより１．２ｍＪ
／ｃｍ２を得た。これば、非常に小さく優秀な可飽和吸
収体であることが分かった。これは、上述のように、集
光エネルギーの上限を１０ｍＪ／ｃｍ２と仮定した場合
、１段当たりの増幅器の小信号利得をｇ。−Ｌ＝８．３
まで増加させても、ＡＳＥを全く成長させずにレーザー
パルスを増幅できることを意味している。これまでの増
幅システムでは、ＡＳＨの増幅を抑えるためにｇ。−Ｌ
＜４程度に利得を制限し且つ、レーザーエネルギーに対
し数％のＡＳＥを容認していた事を考慮すれば、この可
飽和吸収フィルタは非常に有効であることを示している
。
次に、実効寿命（吸収回復時間）は、レーザーパルス透
過後のＡＳＥの抑制特性を決める重要なパラメータであ
る。
過後のＡＳＥの抑制特性を決める重要なパラメータであ
る。
第５図はアクリジン・メタノール溶液の吸収回復を示す
。吸収回復は図中（ａ）に示す０．４ｎｓと（ｂ）（（
ｂ）は（ａ）の延長部分を示す）に示す］１５ｎｓの２
つの時定数を持つ。０．４ｎｓの寿命は、ＫｒＦの利得
回復時間に比べて充分小さく、利得の回復と共に減衰率
を回復して有効にＡＳＥを抑制できる。
。吸収回復は図中（ａ）に示す０．４ｎｓと（ｂ）（（
ｂ）は（ａ）の延長部分を示す）に示す］１５ｎｓの２
つの時定数を持つ。０．４ｎｓの寿命は、ＫｒＦの利得
回復時間に比べて充分小さく、利得の回復と共に減衰率
を回復して有効にＡＳＥを抑制できる。
このような実効寿命はＫｒＦエキシマの寿命にほぼ等し
く利得の回復とともに減衰率を回復して有効にＡＳＥを
抑制できることになる。
く利得の回復とともに減衰率を回復して有効にＡＳＥを
抑制できることになる。
一方、理想的な可飽和吸収フィルタは、式（２）に相当
するエネルギーを吸収した場合には完全に透明になる。
するエネルギーを吸収した場合には完全に透明になる。
しかしながら、これら色素の可飽和吸収体では、励起準
位からの再吸収を生じるが、一般に、励起準位からの吸
収断面積σ１アは、基底状態からの吸収断面積σ。２よ
り小さく、また、励起単位の緩和時間も短いために、こ
の励起準位からの吸収は非飽和吸収になる場合が多い。
位からの再吸収を生じるが、一般に、励起準位からの吸
収断面積σ１アは、基底状態からの吸収断面積σ。２よ
り小さく、また、励起単位の緩和時間も短いために、こ
の励起準位からの吸収は非飽和吸収になる場合が多い。
ここでは、吸収の非飽和成分を実測し、パルス幅２０ｐ
ｓのＫｒＦレーザー光を１００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギ
ー密度で照射して小信号透過率に対する透過率の変化を
測定した。
ｓのＫｒＦレーザー光を１００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギ
ー密度で照射して小信号透過率に対する透過率の変化を
測定した。
この測定結果が第６図に示されており、横軸の小信号透
過率はアクリジンの濃度と等価であり、小信号透過率−
１０°は溶媒のみを示している。
過率はアクリジンの濃度と等価であり、小信号透過率−
１０°は溶媒のみを示している。
基底状態の非飽和特性は定常光の場合で傾きは１であり
、レーザー光による励起状態の飽和特性の傾きは０．１
６であった。
、レーザー光による励起状態の飽和特性の傾きは０．１
６であった。
測定に使用したパルス幅は、励起準位の実効寿命（０，
４ｎｓ）より十分短いので、非飽和吸収は、励起準位か
らの吸収とみなすことができる。
４ｎｓ）より十分短いので、非飽和吸収は、励起準位か
らの吸収とみなすことができる。
基底状態と励起状態の吸収断面積の比を上記のように「
と置けば、この「は小信号透過率Ｔ。と透過率Ｔ。との
対数比であるので、 「ミσ。２／σＩ、ｌ−１１０，１６＝６．２５ （
５）であることが分かった。この「値は、ＸｅＣ１用に
開発された吸収体の「−３，５よりも大きく、非飽和吸
収成分も十分小さいことが分かった。
と置けば、この「は小信号透過率Ｔ。と透過率Ｔ。との
対数比であるので、 「ミσ。２／σＩ、ｌ−１１０，１６＝６．２５ （
５）であることが分かった。この「値は、ＸｅＣ１用に
開発された吸収体の「−３，５よりも大きく、非飽和吸
収成分も十分小さいことが分かった。
以」二のように、本発明に係るＫｒＦレーザー用の可飽
和吸収フィルタに用いられるアクリジン溶液の測定結果
をまとめると、下記の表３のようになる。
和吸収フィルタに用いられるアクリジン溶液の測定結果
をまとめると、下記の表３のようになる。
表３
アクリジンはこれらの溶媒の他、上述の如く、エチレン
グリコール、シクロヘキサンなどにも良く溶解し、いず
れも同様の優秀な可飽和吸収特性を示す。
グリコール、シクロヘキサンなどにも良く溶解し、いず
れも同様の優秀な可飽和吸収特性を示す。
また、アクリジン溶液のＫｒＦレーザー用可飽和吸収フ
ィルタはローダミン６Ｇ色素レーザー用可飽和色素ＤＯ
ＤＣＩと同等の特性を持つので、従来の色素レーザーで
行われてきた可飽和吸収体応用技術のＫｒＦレーザーへ
の応用を可能にする。
ィルタはローダミン６Ｇ色素レーザー用可飽和色素ＤＯ
ＤＣＩと同等の特性を持つので、従来の色素レーザーで
行われてきた可飽和吸収体応用技術のＫｒＦレーザーへ
の応用を可能にする。
例えば、モードロツタによる長短繰り返しパルスの発生
、飽和増幅器におけるパルス圧縮増幅、短パルス増幅に
おける雑音光除去である。
、飽和増幅器におけるパルス圧縮増幅、短パルス増幅に
おける雑音光除去である。
また、雑音光ＡＳＥによるプリパルスを防止した超短パ
ルスは、高分子加工などにおける超精密加工を熱的損傷
なしに行うことが出来るなど実用価値は高い。
ルスは、高分子加工などにおける超精密加工を熱的損傷
なしに行うことが出来るなど実用価値は高い。
第７図は本発明による可飽和吸収フィルタをＫｒＦレー
ザー装置に組み込んで短パルス増幅装置を形成したもの
で、これによりＡＳＥの抑圧特性を測定した。
ザー装置に組み込んで短パルス増幅装置を形成したもの
で、これによりＡＳＥの抑圧特性を測定した。
この測定においては、第３図の測定系と同様に短パルス
紫外線を発生させるため、短共振器型のＸｅＣｌレーザ
ー１とモードロツタ色素レーザー２とを用い、非線形光
学結晶３により２４８ｎｍの紫外光を得た。そして、レ
ーザー増幅器には、放電励起ＫｒＦレーザー増幅器を２
パス増幅器として用いた。
紫外線を発生させるため、短共振器型のＸｅＣｌレーザ
ー１とモードロツタ色素レーザー２とを用い、非線形光
学結晶３により２４８ｎｍの紫外光を得た。そして、レ
ーザー増幅器には、放電励起ＫｒＦレーザー増幅器を２
パス増幅器として用いた。
そして、ここに用いた可飽和吸収フィルタＳＡの実施例
が第８回に示されており、同図（ａ）の場合では、吸収
長１ｃｍの紫外線を透過する石英ガラス１１の中に例え
ば９．５６Ｘ１０−６モル／ｌのアクリジン・メタノー
ル溶液を入れて透明セルとしたちのであり、同図（ｂ）
の場合′には、このアクリジン・メタノール溶液を厚さ
１５０μｍのノズルジエント噴射器として用いている。
が第８回に示されており、同図（ａ）の場合では、吸収
長１ｃｍの紫外線を透過する石英ガラス１１の中に例え
ば９．５６Ｘ１０−６モル／ｌのアクリジン・メタノー
ル溶液を入れて透明セルとしたちのであり、同図（ｂ）
の場合′には、このアクリジン・メタノール溶液を厚さ
１５０μｍのノズルジエント噴射器として用いている。
前者の場合は低濃度で大口径ビームに用いられ、後者は
高濃度溶液を用いるときに使い分けられる。
高濃度溶液を用いるときに使い分けられる。
第９図は、実際にストリークカメラ（図示せず）を用い
て測定した増幅によるパルス波形の変化であり、同図（
ａ）〜（ｅ）の波形は第７図の同じ符号で示した箇所の
パルス波形を示している。
て測定した増幅によるパルス波形の変化であり、同図（
ａ）〜（ｅ）の波形は第７図の同じ符号で示した箇所の
パルス波形を示している。
この波形図から分かるように、色素レーザー２から出力
される４４ｐｓ（１００μＪ）の短パルスを波長変換器
３で可視波長から紫外波長に波長変換して５ｏｐｓのパ
ルス（３μＪ ）にし、この紫外波長の３０ｐｓのパル
スをＫｒＦレーザー増幅器４で２回増幅する際に本発明
の可飽和吸収フィルタＳＡを通すことにより、１０ｐｓ
以下の短パルス（２０ｍＪ）を発生することができる。
される４４ｐｓ（１００μＪ）の短パルスを波長変換器
３で可視波長から紫外波長に波長変換して５ｏｐｓのパ
ルス（３μＪ ）にし、この紫外波長の３０ｐｓのパル
スをＫｒＦレーザー増幅器４で２回増幅する際に本発明
の可飽和吸収フィルタＳＡを通すことにより、１０ｐｓ
以下の短パルス（２０ｍＪ）を発生することができる。
このように、可飽和吸収フィルタを含まないこのような
多段増幅システムでは、利得飽和のために増幅が進むに
つれて高い利得を感しる雑音光ＡＳＢはレーザーパルス
よりも象、速に成長しレーザの品質が低下して行くが、
可飽和吸収フィルタを、多段増幅経路に挿入すると、レ
ーザー増幅器の前段部分で発生した雑音光ＡＳＥは、各
増幅器で増幅された利得以上の吸収損失を可飽和吸収フ
ィルタによって受け、ｐｓ領領域おけるＫｒＦレーザー
のモード同期発振やパルス圧縮が可能となり、ＫｒＦレ
ーザー本来の特長である高利得増幅器を用いたシステム
構成により、短パルスＫｒＦレーザーシステムのより高
出力化・短パルス化が期待できる。
多段増幅システムでは、利得飽和のために増幅が進むに
つれて高い利得を感しる雑音光ＡＳＢはレーザーパルス
よりも象、速に成長しレーザの品質が低下して行くが、
可飽和吸収フィルタを、多段増幅経路に挿入すると、レ
ーザー増幅器の前段部分で発生した雑音光ＡＳＥは、各
増幅器で増幅された利得以上の吸収損失を可飽和吸収フ
ィルタによって受け、ｐｓ領領域おけるＫｒＦレーザー
のモード同期発振やパルス圧縮が可能となり、ＫｒＦレ
ーザー本来の特長である高利得増幅器を用いたシステム
構成により、短パルスＫｒＦレーザーシステムのより高
出力化・短パルス化が期待できる。
第１図は、３環芳香族の波長に対する吸収断面積の特性
を示すグラフ図、 第２図は、本発明の可飽和吸収フィルタに用いるアクリ
ジン溶液を含む可飽和色素の吸収スペクトルを示すグラ
フ図、 第３図は、本発明の可飽和吸収フィルタの測定系を示す
ブロック図、 第４図は、アクリジン溶液の入力エネルギー密度対透過
率のグラフ図、 第５図は、アクリジン溶液の透過率の時間変化を示すグ
ラフ図、 第６図は、小信号透過率に対する透過率の変化を測定し
たグラフ図、 第７図は、本発明の可飽和吸収フィルタを組み込んだＫ
ｒＦレーザー装置の実施例を示す図、第８図は、本発明
に用いる可飽和吸収フィルタの実施例を示す図、 第９図は、第７図において本発明によるパルスの圧縮過
程を示す波形図、 第１０図は、レーザーパルスと雑音光Ａ Ｓ Ｅとの関
係を説明するための波形図、である。 図中、ＳＡは可飽和吸収フィルタ、４はＫｒＦレーザー
増幅器をそれぞれ示し、同一符号は同−又は相当部分を
示す。
を示すグラフ図、 第２図は、本発明の可飽和吸収フィルタに用いるアクリ
ジン溶液を含む可飽和色素の吸収スペクトルを示すグラ
フ図、 第３図は、本発明の可飽和吸収フィルタの測定系を示す
ブロック図、 第４図は、アクリジン溶液の入力エネルギー密度対透過
率のグラフ図、 第５図は、アクリジン溶液の透過率の時間変化を示すグ
ラフ図、 第６図は、小信号透過率に対する透過率の変化を測定し
たグラフ図、 第７図は、本発明の可飽和吸収フィルタを組み込んだＫ
ｒＦレーザー装置の実施例を示す図、第８図は、本発明
に用いる可飽和吸収フィルタの実施例を示す図、 第９図は、第７図において本発明によるパルスの圧縮過
程を示す波形図、 第１０図は、レーザーパルスと雑音光Ａ Ｓ Ｅとの関
係を説明するための波形図、である。 図中、ＳＡは可飽和吸収フィルタ、４はＫｒＦレーザー
増幅器をそれぞれ示し、同一符号は同−又は相当部分を
示す。
Claims (1)
- アクリジン溶液を用いたことを特徴とするＫｒＦレーザ
ー用の可飽和吸収フィルタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10702389A JPH0642572B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | ＫｒＦレーザー用の可飽和吸収フィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10702389A JPH0642572B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | ＫｒＦレーザー用の可飽和吸収フィルタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02285688A true JPH02285688A (ja) | 1990-11-22 |
| JPH0642572B2 JPH0642572B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=14448557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10702389A Expired - Lifetime JPH0642572B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | ＫｒＦレーザー用の可飽和吸収フィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0642572B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003086873A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-03-20 | Hamamatsu Photonics Kk | 受動ｑスイッチレーザ |
| JP2005331545A (ja) * | 2004-05-18 | 2005-12-02 | Asahi Denka Kogyo Kk | 光学フィルター |
| WO2009119585A1 (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-01 | オリンパス株式会社 | パルス光源装置 |
| JP2019078580A (ja) * | 2017-10-23 | 2019-05-23 | 株式会社Ihi | 透過光測定装置、および、光学装置 |
| CN120184722A (zh) * | 2025-05-21 | 2025-06-20 | 中国人民解放军国防科技大学 | 无源q调制脉冲光纤气体激光器 |
-
1989
- 1989-04-26 JP JP10702389A patent/JPH0642572B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003086873A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-03-20 | Hamamatsu Photonics Kk | 受動ｑスイッチレーザ |
| JP2005331545A (ja) * | 2004-05-18 | 2005-12-02 | Asahi Denka Kogyo Kk | 光学フィルター |
| WO2009119585A1 (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-01 | オリンパス株式会社 | パルス光源装置 |
| JP2019078580A (ja) * | 2017-10-23 | 2019-05-23 | 株式会社Ihi | 透過光測定装置、および、光学装置 |
| CN120184722A (zh) * | 2025-05-21 | 2025-06-20 | 中国人民解放军国防科技大学 | 无源q调制脉冲光纤气体激光器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0642572B2 (ja) | 1994-06-01 |
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