激光脉冲压缩用衍射光栅及激光装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在用于压缩激光脉冲的脉冲宽度的脉冲压缩器中使用的激光脉冲压缩用的衍射光栅、及将该衍射光栅用于脉冲压缩器的激光装置。
【背景技术】
[0002]作为高输出(高能量)且脉冲宽度为f秒?P秒数量级、使所谓的飞秒激光产生的激光装置，已知有使用啁啾脉冲放大(CPA:Chirped Pulse Amplificat1n)法的激光装置(参照专利文献I等)。采用利用CPA法的激光装置的话，通过利用脉冲扩张器扩大在激光振荡器生成的激光的时间宽度(脉冲宽度)来抑制峰值强度后，利用激光放大器放大其输出至不损伤激光介质的程度。其后，利用脉冲压缩器，与脉冲扩张器相反地，在时间上压缩激光脉冲，仅提高该压缩部分的峰值强度并加以输出。
[0003]激光振荡器所生成的激光脉冲虽微小，但具有一定程度的波长宽度。脉冲扩张及脉冲压缩利用该波长宽度，进行激光的脉冲宽度的扩张及压缩，例如通过使波长在空间上被分散了的波长不同的光穿过不同光路长度来实现脉冲扩张。又，脉冲压缩由与其相反的原理来实现。这种脉冲扩张器、脉冲压缩器通常利用使相同结构的衍射光栅成对的衍射光栅对。
[0004]专利文献2中公开了利用了衍射光栅对的典型的脉冲压缩器(双通结构)。即，该脉冲压缩器包括:将光栅面相对而彼此平行地配置的两块衍射光栅(即衍射光栅对)；以及使穿过该衍射光栅对的激光脉冲全反射并再次入射至上述衍射光栅对的镜子。通过由激光放大器放大的激光脉冲被导入该脉冲压缩器，穿过衍射光栅、被镜子反射后再次经由衍射光栅返回(即进行一个往返)的过程，激光脉冲的波长宽度变窄，由此峰值强度得以提高。这样构成的脉冲压缩器具有能够使两块衍射光栅的间隔变窄，有利于装置的小型化的特征。
[0005]如上所述，在使用CPA法的激光装置中，由激光放大器放大的能量较大的激光脉冲击中构成脉冲压缩器的衍射光栅。因此，衍射光栅的光栅面(即反射面)的损伤成为问题。即，在利用CPA法的激光装置中，实现高输出时，被用于脉冲压缩器的衍射光栅的损伤阈值(即能量耐受性)成为较大的限制。为了改善用于脉冲压缩器的衍射光栅的损伤阈值，以往提出有使衍射光栅表面的反射膜的膜厚变厚，使用能量耐受性高的多层电介质膜作为反射膜(参照专利文献3、非专利文献I)这样的方法。这样的方法确实在改善损伤阈值上是有效的。然而，存在衍射光栅的成本上升、激光装置的价格变高的问题。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:美国专利申请公开第2011/0026105号
[0009]专利文献2:日本特开平9-211504号公报
[0010]专利文献3:美国专利申请公开第2012/0093191号
[0011]非专利文献
[0012]非专利文献1::Bruno Touzet、「超高工氺；I/年' 一./n ;!/ Λ U 一寸、?出力$?倍増^甘§多層膜誘電体夕'V夕' HORIBA Technical R印orts」、株式会社堀場製作所、[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 >
【发明内容】
[0013]本发明要解决的问题
[0014]本发明是为了解决上述课题而做出的，其目的在于提供一种能够以低廉的成本确保高损伤阈值的激光脉冲压缩用衍射光栅、及利用该衍射光栅的激光装置。
[0015]用于解决问题的手段
[0016]为了解决上述课题而做出的本发明是一种衍射光栅，所述衍射光栅在利用啁啾脉冲放大法的激光装置中被用于脉冲压缩器，所述脉冲压缩器包括以光栅面相对的方式平行配置的同一形状的两块衍射光栅，所述衍射光栅的特征在于，所述衍射光栅为具有至少表面被金属反射膜覆盖的截面呈锯齿状的槽的反射型闪耀衍射光栅，所述衍射光栅具有闪耀角，所述闪耀角被确定为，对于所使用的激光脉冲的波长，入射的激光脉冲的入射角和I级衍射光相对于槽斜面呈镜面反射的关系，且得到规定的衍射效率。
[0017]又，为了解决上述课题而做出的本发明所涉及的第一形态的激光装置是一种利用啁啾脉冲放大法的激光装置，是将上述发明所涉及的衍射光栅作为脉冲压缩器中的衍射光栅来使用的激光装置，其特征在于，脉冲压缩器包括:以光栅面相对的方式平行配置的同一形状的第一衍射光栅、第二衍射光栅这两块衍射光栅；以及使经由了该第一衍射光栅及第二衍射光栅的激光脉冲反射，并向第二衍射光栅及第一衍射光栅依序入射的反射镜，这两块衍射光栅被配置为，从第二衍射光栅入射至第一衍射光栅的激光脉冲相对于该第一衍射光栅的槽斜面大致垂直地入射。
[0018]S卩，该第一形态的激光装置的脉冲压缩器的光学系统为双通结构。
[0019]又，为了解决上述课题而做出的本发明所涉及的第二形态的激光装置是一种利用啁啾脉冲放大法的激光装置，是将上述发明所涉及的衍射光栅作为脉冲压缩器中的衍射光栅来使用的激光装置，其特征在于，脉冲压缩器获得经由了以光栅面相对的方式平行配置的同一形状的第一衍射光栅、第二衍射光栅这两块衍射光栅的激光脉冲，这两块衍射光栅被配置为，从第一衍射光栅入射至第二衍射光栅的激光脉冲相对于该第二衍射光栅的槽斜面大致垂直地入射。
[0020]S卩，该第二形态的激光装置的脉冲压缩器的光学系统为单通结构。
[0021]光栅面为截面锯齿状的反射型闪耀衍射光栅中，激光脉冲产生的电磁波容易集中于尖形状的光栅凸部，该部分的反射膜容易产生损伤。对此，采用本发明所涉及的衍射光栅的话，由于在对于所使用的激光脉冲的波长，入射的激光脉冲的入射角和I级衍射光相对于槽斜面呈镜面反射的关系这样的条件下，确定闪耀角以得到规定的衍射效率，因此例如将该衍射光栅作为一对用于脉冲压缩器的情况下，能够使激光脉冲相对于槽斜面大致垂直地入射。
[0022]激光脉冲相对于闪耀衍射光栅的槽斜面大致垂直地入射的情况下，向尖形状的光栅凸部的电磁波集中被缓和，因此与例如激光脉冲入射于光栅面的法线方向的情况相比，难以发生反射膜的损伤。即，衍射光栅的损伤阈值提高，因此，采用将该衍射光栅用于脉冲压缩器的激光装置的话，能够提高激光输出。又，由于衍射光栅的衍射效率也充分的高，因此能够抑制脉冲压缩器中的激光脉冲的能量损失，在该点上对于提高激光输出来说也是有利的。又，采用本发明所涉及的衍射光栅的话，无需为了提高损伤阈值而使反射膜的膜厚加厚至需要以上，也不使用制造工序烦杂的电介质多层膜。由此，能够控制制造成本。
[0023]另外，本发明所涉及的激光脉冲压缩用衍射光栅优选为复制衍射光栅，该复制衍射光栅是在形成有规定的截面呈锯齿状的槽的母衍射光栅的光栅槽的表面形成金属反射膜，使该金属反射膜和复制基板隔着树脂材料密合，其后使该复制基板从母衍射光栅剥离，使所述金属反射膜翻转粘合于复制基板，由此形成光栅面而成的复制衍射光栅。
[0024]由此，能够得到低成本且具有稳定性能的衍射光栅。
[0025]发明效果
[0026]根据本发明所涉及的激光脉冲压缩用衍射光栅，无需使用电介质多层膜那样的特殊的结构，即能确保高损伤阈值，且对于所