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JP4804767B2 - Ultra-short pulse laser transmitter - Google Patents

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JP4804767B2 JP2005043176A JP2005043176A JP4804767B2 JP 4804767 B2 JP4804767 B2 JP 4804767B2 JP 2005043176 A JP2005043176 A JP 2005043176A JP 2005043176 A JP2005043176 A JP 2005043176A JP 4804767 B2 JP4804767 B2 JP 4804767B2
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Description

本発明は、超短パルスレーザ伝達装置に関する。   The present invention relates to an ultrashort pulse laser transmission device.

従来、レーザ顕微鏡として、超短パルスレーザ光を観察対象の標本に照射し、標本の多光子吸収による化学反応、または、蛍光を検出する、走査型の多光子励起のレーザ顕微鏡が知られている。
多光子励起現象は、単位面積、単位時間当たりの光子密度のn乗(2光子励起の場合はn=2、3光子励起の場合はn=3)に比例した確率で発生するため、多光子励起発生のための光源には、通常、サブピコ秒オーダーの超短パルスレーザ光が用いられている。
Conventionally, as a laser microscope, a scanning type multi-photon excitation laser microscope that irradiates a specimen to be observed with an ultra-short pulse laser beam and detects a chemical reaction or fluorescence due to multi-photon absorption of the specimen is known. .
The multiphoton excitation phenomenon occurs with a probability proportional to the nth power of unit area and photon density per unit time (n = 2 in the case of two-photon excitation, n = 3 in the case of three-photon excitation). As a light source for generating excitation, an ultrashort pulse laser beam of sub-picosecond order is usually used.

しかし、このようなサブピコ秒オーダーのパルスレーザ光は完全な単一波長光ではなく、レーザ光のパルス幅と相関を持つ波長幅を有する。一般的に、レーザ光が光学系を通過する場合、波長が短い程媒質中での速度は遅く、波長が長い程媒質中での速度は速くなる。従って、前述の様にレーザ光が波長幅を有していると、レーザ光が光学系を通過する際、波長によって通過時間に差が生じる事となり、その結果、光学系に入射する前のレーザ光のパルス幅に対し、光学系を通過した後のレーザ光のパルス幅が広がる、いわゆる正チャープが発生する。   However, such a sub-picosecond order pulsed laser beam is not a perfect single wavelength beam but has a wavelength width correlated with the pulse width of the laser beam. In general, when laser light passes through an optical system, the shorter the wavelength, the slower the speed in the medium, and the longer the wavelength, the faster the speed in the medium. Therefore, if the laser beam has a wavelength width as described above, when the laser beam passes through the optical system, there will be a difference in the transit time depending on the wavelength, and as a result, the laser before entering the optical system. A so-called positive chirp is generated in which the pulse width of the laser light after passing through the optical system is wider than the pulse width of the light.

上述の様に、多光子励起現象は光子密度に依存するため、チャープに起因する標本面に入射するレーザ光のパルス幅の広がりによって、多光子励起現象が発生する確率を低下させる結果、得られる蛍光が暗くなってしまう問題があった。
この問題を解決する手段として、チャープを調整する手段、いわゆる分散補償光学系を用いる事が知られている。分散補償光学系としては、プリズムペア、グレーティングペア、または、これらを組み合わせた光学系で構成されたものが知られている(非特許文献1および特許文献1,2参照)。
末田正、神谷武編集「超高速エレクトロニクス」培風館、1991年、p.29−34 特開平10−68889号公報 特開平11−218490号公報
As described above, since the multiphoton excitation phenomenon depends on the photon density, it is obtained as a result of reducing the probability of the multiphoton excitation phenomenon occurring due to the broadening of the pulse width of the laser light incident on the specimen surface due to the chirp. There was a problem that the fluorescence became dark.
As means for solving this problem, it is known to use means for adjusting chirp, so-called dispersion compensation optical system. As a dispersion compensation optical system, a prism pair, a grating pair, or an optical system in which these are combined is known (see Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2).
Edited by Tadashi Sueda and Takeshi Kamiya, “Ultra High-Speed Electronics” Bafukan, 1991, p. 29-34 Japanese Patent Laid-Open No. 10-68889 Japanese Patent Laid-Open No. 11-218490

これらの分散補償光学系は、レーザ光の長波長成分を短波長成分より遅らせる、いわゆる負チャープを発生する役目を果たし、これにより、媒質通過後の正チャープを補正している。
具体的には、分散補償光学系としてグレーティングペアを使用する場合、グレーティングペアにレーザ光が入射すると、レーザ光が入射した1枚目のグレーティングにより角度分散を持つ−1次の回折光が発生する。その−1次の回折光は、例えば1枚目のグレーティングと平行に対向配置された2枚目のグレーティングに入射する事により、1枚目のグレーティングによる角度分散が補正され、負チャープのレーザ光が形成される。
These dispersion compensation optical systems serve to generate a so-called negative chirp that delays the long wavelength component of the laser light from the short wavelength component, thereby correcting the positive chirp after passing through the medium.
Specifically, when a grating pair is used as the dispersion compensation optical system, when laser light is incident on the grating pair, −1st order diffracted light having angular dispersion is generated by the first grating on which the laser light is incident. . The −1st-order diffracted light is incident on a second grating, for example, disposed opposite to and parallel to the first grating, whereby the angular dispersion caused by the first grating is corrected, and the negative chirped laser beam. Is formed.

しかしながら、グレーティングペアにレーザ光が入射されると、上述の−1次の回折光の他に、それとは別次数の回折光も発生する。各次数の回折光の回折角は、入射するレーザ光の波長に応じて変化するため、上記1枚目のグレーティングに入射するレーザ光の波長によっては、回折光が入射光軸に戻ってしまう場合がある。
この回折光(戻り光)は、レーザ光を出射するレーザ発振器に入射する場合があり、かかる場合には、レーザ発振器におけるレーザ発振の不安定化に繋がり、ひいてはレーザ発振器の故障原因になるという問題があった。
However, when laser light is incident on the grating pair, in addition to the above-described −1st order diffracted light, diffracted light of a different order is also generated. Since the diffraction angle of each order of diffracted light changes according to the wavelength of the incident laser light, depending on the wavelength of the laser light incident on the first grating, the diffracted light may return to the incident optical axis. There is.
The diffracted light (returned light) may be incident on a laser oscillator that emits laser light. In such a case, the laser oscillation in the laser oscillator may become unstable, which may cause a failure of the laser oscillator. was there.

近年の走査型多光子励起レーザ顕微鏡の使用においては、レーザ光の波長を変化させる要望があるため、出射するレーザ光の波長を変化させられるレーザ光源を使用することが検討されている。しかし、レーザ光の波長が変化すると、グレーティングによる回折光の出射方向が変化し、ある波長のレーザ光においては、回折光はレーザ光源に入射しなくても、他の波長のレーザ光においては回折光がレーザ光源に入射するという問題があった。
なお、出射されるレーザ光の波長はレーザ発振器内の構成を変化させることにより、可変させることができる。
In recent use of a scanning multiphoton excitation laser microscope, since there is a demand for changing the wavelength of laser light, use of a laser light source capable of changing the wavelength of emitted laser light has been studied. However, when the wavelength of the laser beam changes, the emission direction of the diffracted light by the grating changes. There was a problem that light was incident on the laser light source.
Note that the wavelength of the emitted laser light can be varied by changing the configuration in the laser oscillator.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、グレーティングを使用して負チャープを発生する分散補償光学系において、グレーティングからの戻り光が光源に入射することが防止できる超短パルスレーザ伝達装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and in a dispersion compensation optical system that generates negative chirp using a grating, it is possible to prevent the return light from the grating from entering the light source. An object is to provide a short pulse laser transmission device.

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、超短パルスレーザ光を出射する光源と、前記超短パルスレーザ光が入射され、溝の長手方向に直交する平面内に前記超短パルスレーザ光を分光するグレーティングを備えたパルス分散補償器と、前記グレーティングを前記平面に直交する軸線周りに傾斜させ、前記パルス分散補償器から前記光源へ向かう戻り光が、前記光源に入射することを防止する入射防止部とを備え、前記パルス分散補償器は、レーザ光源側に配置された第1のグレーティングと、該第一のグレーティングに対向配置された第2のグレーティングとからなる一組のグレーティング対を有し、前記第2のグレーティングが、波長可変時に回転角が調整された前記第一のグレーティングと互いに平行になるよう調整され、前記第2のグレーティングから出射される−1次または1次回折光の移動に応じて、前記パルス分散補償器から出射される光軸を同軸に保つ光軸調整光学系を備え、前記光軸調整光学系は、前記第1のグレーティングおよび前記第2のグレーティングとは別個に設けられた全反射手段と、前記第2のグレーティングから出射される−1次または1次回折光の移動に応じて前記全反射手段を移動させる移動手段とを備える超短パルスレーザ伝達装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention provides a pulse dispersion comprising a light source that emits an ultrashort pulse laser beam, and a grating that is incident on the ultrashort pulse laser beam and that splits the ultrashort pulse laser beam in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the groove. and compensator, the grating is tilted around an axis perpendicular to the plane, the return light directed from said pulse dispersion compensator to the source, and a entrance preventing portion to prevent incident on the light source, the pulse The dispersion compensator has a pair of gratings including a first grating disposed on the laser light source side and a second grating disposed opposite to the first grating, and the second grating includes The first grating whose rotation angle is adjusted when the wavelength is variable is adjusted to be parallel to each other and emitted from the second grating. An optical axis adjusting optical system that keeps the optical axis emitted from the pulse dispersion compensator coaxial according to the movement of the first-order or first-order diffracted light, and the optical axis adjusting optical system includes the first grating and the first grating A super- reflection unit provided separately from the second grating, and a moving unit that moves the total reflection unit according to the movement of the −1st-order or first-order diffracted light emitted from the second grating. A short pulse laser transmission device is provided.

本発明によれば、入射防止部が備えられているため、パルス分散補償器のグレーティングから光源へ向かう戻り光が入射防止部により遮断され、光源に入射することを防止できる。そのため、超短パルスレーザを出射する光源の故障を防止することができる。
また、パルス分散補償器にはグレーティングが備えられているため、グレーティングにより超短パルスレーザ光に負チャープを発生させることができる。
According to the present invention, since the incidence prevention unit is provided, it is possible to prevent the return light from the grating of the pulse dispersion compensator from going to the light source from being blocked by the incidence prevention unit and entering the light source. Therefore, failure of the light source that emits the ultrashort pulse laser can be prevented.
Further, since the pulse dispersion compensator is provided with a grating, negative chirp can be generated in the ultrashort pulse laser beam by the grating.

また、上記発明においては、前記入射防止部が、前記光源と前記パルス分散補償器の間の光路に挿入された整流素子であることが望ましい。
本発明によれば、整流素子を光源とパルス分散補償器との間に挿入することにより、光源からパルス分散補償器へ向かう超短パルスレーザ光およびパルス分散補償器から光源へ向かう戻り光が整流素子に入射される。整流素子は、パルス分散補償器へ向かう超短パルスレーザのみを透過し、光源へ向かう戻り光を遮るため、戻り光が光源に入射することを防止できる。
Moreover, in the said invention, it is desirable that the said incident prevention part is a rectifier inserted in the optical path between the said light source and the said pulse dispersion compensator.
According to the present invention, by inserting the rectifying element between the light source and the pulse dispersion compensator, the ultrashort pulse laser beam traveling from the light source to the pulse dispersion compensator and the return light traveling from the pulse dispersion compensator to the light source are rectified. Incident on the element. Since the rectifying element transmits only the ultrashort pulse laser that goes to the pulse dispersion compensator and blocks the return light that goes to the light source, the return light can be prevented from entering the light source.

さらに、上記発明においては、前記整流素子が、前記光源と前記パルス分散補償器の間の光路に挿入されたアイソレータであることが望ましい。
本発明によれば、アイソレータを光源とパルス分散補償器との間に挿入することにより、パルス分散補償器へ向かう超短パルスレーザ光のみが透過され、光源へ向かう戻り光が遮られるため、戻り光が光源に入射することを防止できる。
具体的には、光源側からアイソレータに入射された互いに直交する一方の直線偏光は、他方の直線偏光に偏光されてパルス分散補償器側へ出射される。パルス分散補償器側からアイソレータに入射された他方の直線偏光は、アイソレータにより光源に入射することが防止される。
Furthermore, in the above invention, it is preferable that the rectifying element is an isolator inserted in an optical path between the light source and the pulse dispersion compensator.
According to the present invention, since the isolator is inserted between the light source and the pulse dispersion compensator, only the ultrashort pulse laser beam directed to the pulse dispersion compensator is transmitted, and the return light toward the light source is blocked. It is possible to prevent light from entering the light source.
Specifically, one of the linearly polarized light beams incident on the isolator from the light source side is polarized to the other linearly polarized light and emitted to the pulse dispersion compensator side. The other linearly polarized light incident on the isolator from the pulse dispersion compensator side is prevented from entering the light source by the isolator.

上記発明においては、前記整流素子が、前記光源と前記パルス分散補償器の間の光路に挿入され互いに直交する直線偏光のうちの一方の直線偏光のみを透過する偏光素子とλ/4板とを有し、
前記偏光素子が、前記λ/4板の前記光源側に配置されていることが望ましい。
本発明によれば、偏光素子とλ/4板とを光源とパルス分散補償器との間に挿入することにより、パルス分散補償器へ向かう超短パルスレーザ光のみを透過し、光源へ向かう戻り光を遮るため、戻り光が光源に入射することを防止できる。
具体的には、偏光素子を透過した一方の直線偏光は、λ/4板の順に透過して一方回りの円偏光に偏光されて出射される。光源へ向かう戻り光は、反射により他方回りの円偏光に偏光され、λ/4板を透過する際に他方の直線偏光に偏光される。他方の直線偏光は偏光素子により、光源に入射することが防止される。
In the above invention, the rectifying element includes a polarizing element that is inserted in an optical path between the light source and the pulse dispersion compensator and transmits only one of linearly polarized light orthogonal to each other and a λ / 4 plate. Have
The polarizing element is preferably disposed on the light source side of the λ / 4 plate.
According to the present invention, by inserting the polarizing element and the λ / 4 plate between the light source and the pulse dispersion compensator, only the ultrashort pulse laser beam directed to the pulse dispersion compensator is transmitted and returned to the light source. Since the light is blocked, the return light can be prevented from entering the light source.
Specifically, one linearly polarized light that has passed through the polarizing element passes through the λ / 4 plate in this order, is polarized into one circularly polarized light, and is emitted. The return light toward the light source is polarized to the other circularly polarized light by reflection and polarized to the other linearly polarized light when passing through the λ / 4 plate. The other linearly polarized light is prevented from entering the light source by the polarizing element.

上記発明においては、前記入射防止部が、前記グレーティングを、入射する超短パルスレーザの光軸に対して傾けて配置することにより構成されていることが望ましい。
本発明によれば、前記入射防止部が、グレーティングを入射する超短パルスレーザの光軸に対して傾けて配置することにより構成されているため、グレーティングの回折光が上記光軸と同軸方向であって光源に向けて出射されることを防止できる。そのため、パルス分散補償器から光源へ向かう戻り光(回折光)が、光源に入射することを防止できる。
In the above-mentioned invention, it is desirable that the incident prevention unit is configured by arranging the grating so as to be inclined with respect to the optical axis of the incident ultrashort pulse laser.
According to the present invention, since the incident preventing portion is configured to be inclined with respect to the optical axis of the ultrashort pulse laser incident on the grating, the diffracted light of the grating is coaxial with the optical axis. Therefore, it can be prevented that the light is emitted toward the light source. Therefore, return light (diffracted light) traveling from the pulse dispersion compensator to the light source can be prevented from entering the light source.

上記発明においては、前記入射防止部が、前記グレーティングを、前記光源から出射された超短パルスレーザの光軸を含み、かつ前記グレーティングに対して略垂直な面と前記グレーティングの面との交線と略平行な回転軸回りに回転可能に配置することにより構成されていることが望ましい。
本発明によれば、グレーティングを上記回転軸回りに回転させ傾けることにより、グレーティングから光源に向かう戻り光(回折光)の光軸の向きを変更させることができる。そのため、パルス分散補償器から光源へ向かう戻り光(回折光)が、光源に入射することを防止できる。
In the above invention, the incidence preventing section includes the grating, the optical axis of the ultrashort pulse laser emitted from the light source, and an intersection line between a plane substantially perpendicular to the grating and the plane of the grating It is desirable that it is configured so as to be rotatable around a rotation axis substantially parallel to the axis.
According to the present invention, the direction of the optical axis of return light (diffracted light) from the grating toward the light source can be changed by rotating and tilting the grating around the rotation axis. Therefore, return light (diffracted light) traveling from the pulse dispersion compensator to the light source can be prevented from entering the light source.

上記発明においては、前記入射防止部が、前記グレーティングを、前記グレーティングに入射される超短パルスレーザ光の光軸に対して略垂直な面と前記グレーティングの面との交線と略平行な回転軸回りに回転可能に配置することにより構成されていることが望ましい。
本発明によれば、グレーティングを上記回転軸回りに回転させ傾けることにより、グレーティングから光源に向かう戻り光(回折光)の光軸の向きを変更させることができる。そのため、パルス分散補償器から光源へ向かう戻り光(回折光)が、光源に入射することを防止できる。
In the above invention, the incidence preventing unit rotates the grating substantially parallel to a line of intersection of a surface substantially perpendicular to the optical axis of the ultrashort pulse laser light incident on the grating and the surface of the grating. It is desirable to be configured by being arranged so as to be rotatable around an axis.
According to the present invention, the direction of the optical axis of return light (diffracted light) from the grating toward the light source can be changed by rotating and tilting the grating around the rotation axis. Therefore, return light (diffracted light) traveling from the pulse dispersion compensator to the light source can be prevented from entering the light source.

上記発明においては前記入射防止部が、前記グレーティングのレーザ光入射面に複数本形成された溝の間隔を、以下の関係式を満たすように形成してなることが望ましい。
d < mλ/(2sinα),
m=−2,または、m=2 ・・・(1)
ここで、dは前記グレーティングの溝間隔、mは次数(整数)、λは前記超短パルスレーザ光の波長、αは前記超短パルスレーザ光の前記グレーティングへの入射角である。
In the above invention, it is desirable that the incidence preventing portion is formed so that a plurality of grooves formed on the laser beam incident surface of the grating satisfy the following relational expression.
d <mλ / (2 sin α),
m = −2 or m = 2 (1)
Here, d is the groove interval of the grating, m is the order (integer), λ is the wavelength of the ultrashort pulse laser beam, and α is the angle of incidence of the ultrashort pulse laser beam on the grating.

本発明によれば、グレーティングに形成された溝の本数が上記関係式(1)を満たしているため、グレーティングにより回折された多くの回折光の内、±2次以上の次数を持つ回折光(戻り光)が光源へ向かって進み、光源に入射することを防止できる。   According to the present invention, since the number of grooves formed in the grating satisfies the relational expression (1), among many diffracted lights diffracted by the grating, diffracted light having orders of ± 2nd order or higher ( Return light) travels toward the light source and can be prevented from entering the light source.

本発明の超短パルスレーザ伝達装置によれば、入射防止部が備えられているため、パルス分散補償器から光源へ向かう戻り光が入射防止部により遮断され、光源に入射することを防止できるという効果を奏する。   According to the ultrashort pulse laser transmission device of the present invention, since the incident prevention unit is provided, the return light from the pulse dispersion compensator to the light source can be blocked by the incident prevention unit and prevented from entering the light source. There is an effect.

〔第1の実施形態〕
以下、本発明における超短パルスレーザ伝達装置に係る第1の実施形態について図1を参照して説明する。ここでは、本発明の超短パルスレーザ伝達装置を多光子励起走査型顕微鏡に用いる例に適用して説明する。
図1は、本実施形態における超短パルスレーザ伝達装置の概略構成を説明する全体図である。
なお、図1中のZ軸は、超短パルスレーザ光の出射光軸と平行な軸であって、超短パルスレーザ光の出射方向(図1中右方向)が正方向となる軸であり、X軸は、紙面に含まれると共にZ軸に対して垂直な軸であって、図1中の上方向が正方向となる軸であり、Y軸はZ−X平面に対して垂直な軸であって、手前方向が正方向となる軸である。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the ultrashort pulse laser transmission apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, description will be made by applying the ultrashort pulse laser transmission device of the present invention to an example used for a multiphoton excitation scanning microscope.
FIG. 1 is an overall view illustrating a schematic configuration of an ultrashort pulse laser transmission device according to the present embodiment.
Note that the Z axis in FIG. 1 is an axis parallel to the emission optical axis of the ultrashort pulse laser beam, and the emission direction of the ultrashort pulse laser beam (the right direction in FIG. 1) is the positive direction. , The X axis is an axis that is included in the drawing and is perpendicular to the Z axis, the upper direction in FIG. 1 being the positive direction, and the Y axis is an axis perpendicular to the ZX plane. In this case, the front direction is the axis that becomes the positive direction.

超短パルスレーザ伝達装置1は、図1に示すように、超短パルスレーザ光を出射する超短パルスレーザ光源(光源)3と、超短パルスレーザ光源3の下流側に配置されたアイソレータ(入射防止部、整流素子)5と、アイソレータ5の下流側に配置されたλ/2板7と、λ/2板7の下流側に配置された分散補償光学系(パルス分散補償器)9と、分散補償光学系9の下流側に配置された光軸調整光学系11と、光軸調整光学系11の下流側に配置された出力調整光学系13およびビーム整形光学系15と、から概略構成されている。また、超短パルスレーザ伝達装置1から出射された超短パルスレーザ光が導かれる多光子顕微鏡17が配置されている。   As shown in FIG. 1, the ultrashort pulse laser transmission device 1 includes an ultrashort pulse laser light source (light source) 3 that emits ultrashort pulse laser light, and an isolator (on the downstream side of the ultrashort pulse laser light source 3). (Incident prevention unit, rectifying element) 5, λ / 2 plate 7 disposed on the downstream side of the isolator 5, dispersion compensation optical system (pulse dispersion compensator) 9 disposed on the downstream side of the λ / 2 plate 7, , An optical axis adjustment optical system 11 disposed on the downstream side of the dispersion compensation optical system 9, and an output adjustment optical system 13 and a beam shaping optical system 15 disposed on the downstream side of the optical axis adjustment optical system 11. Has been. Further, a multiphoton microscope 17 to which the ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser transmission device 1 is guided is disposed.

超短パルスレーザ光源3としては、例えば、波長が約700nmから1000nmのS偏光(一方の直線偏光)の超短パルスレーザ光を発振するパルスレーザ発振器を用いることができ、より具体的には、モードロック型チタンサファイヤレーザを用いることができる。
アイソレータ2は、ファラデーローテータ(図示せず)とλ/4板(図示せず)を含む光学素子で構成されている。また、アイソレータ2は、超短パルスレーザ光源3側から入射されたS偏光をP偏光に偏光して分散補償光学系9側に出射し、分散補償光学系9側から入射される光は透過しないように構成されている。
As the ultrashort pulse laser light source 3, for example, a pulse laser oscillator that oscillates an S-polarized (one linearly polarized) ultrashort pulse laser beam having a wavelength of about 700 nm to 1000 nm can be used. A mode-locked titanium sapphire laser can be used.
The isolator 2 includes an optical element including a Faraday rotator (not shown) and a λ / 4 plate (not shown). Further, the isolator 2 polarizes the S-polarized light incident from the ultrashort pulse laser light source 3 side into the P-polarized light and emits it to the dispersion compensation optical system 9 side, and does not transmit the light incident from the dispersion compensation optical system 9 side. It is configured as follows.

分散補償光学系9は、Y−Z平面をY軸回り正方向に所定角度回転させた平面と略平行に配置された第1のグレーティング(グレーティング)19と、第2のグレーティング(グレーティング)21とから概略構成されている。
第1のグレーティング19は、超短パルスレーザ光源3から出射された超短パルスレーザ光の入射角αが所定の角度となるように配置され、第2のグレーティング21は、第1のグレーティング19および第2のグレーティング21に対する垂直方向へ平行移動可能に配置されている。
また、第1のグレーティング19および第2のグレーティング21は、S偏光配置に置かれている。
The dispersion compensation optical system 9 includes a first grating (grating) 19 and a second grating (grating) 21 that are arranged substantially parallel to a plane obtained by rotating the YZ plane around the Y axis in the positive direction by a predetermined angle. It is roughly composed.
The first grating 19 is arranged so that the incident angle α of the ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser light source 3 is a predetermined angle, and the second grating 21 includes the first grating 19 and The second grating 21 is arranged to be movable in the vertical direction.
Further, the first grating 19 and the second grating 21 are placed in the S polarization arrangement.

光軸調整光学系11は、Y−Z平面をY軸回りに−45°回転させた面と略平行に配置された第1の45度全反射ミラー23を備え、第1の45度全反射ミラー23は+Z軸方向に進む光を−X軸方向へ反射するように配置されている。また、第1の45度全反射ミラー23は、X軸方向へ平行移動可能に配置されている。
出力調整光学系13としては、AOTF(Acousto−Optic Tunable Filter)や、AOM(Acousto−Optic Modulator)等の音響光学素子や、電気光学素子、回転機構の付いた直線偏光板、減光率を制御できるNDフィルタ、絞り径を制御できる可変絞り等を用いることができる。
ビーム整形光学系15には、ビームエクスパンダや、空間フィルタ等を用いることができる。
The optical axis adjusting optical system 11 includes a first 45-degree total reflection mirror 23 disposed substantially parallel to a surface obtained by rotating the YZ plane about −45 ° around the Y-axis, and includes a first 45-degree total reflection. The mirror 23 is disposed so as to reflect light traveling in the + Z-axis direction in the −X-axis direction. The first 45-degree total reflection mirror 23 is arranged so as to be movable in the X-axis direction.
As the output adjustment optical system 13, an acousto-optic device such as AOTF (Acousto-Optic Tunable Filter) and AOM (Acousto-Optic Modulator), an electro-optic device, a linear polarizing plate with a rotation mechanism, and a light attenuation rate are controlled. An ND filter that can be used, a variable aperture that can control the aperture diameter, and the like can be used.
A beam expander, a spatial filter, or the like can be used for the beam shaping optical system 15.

次に、上記の構成からなる超短パルスレーザ伝達装置1における作用について説明する。
まず、超短パルスレーザ光源3から、例えば、波長が約700nmから1000nmのS偏光の超短パルスレーザ光が出射される。S偏光の超短パルスレーザ光は、アイソレータ5によりP偏光に偏光されλ/2板7に向けて出射される。P偏光に変換された極短パルスレーザ光は、λ/2板7を通過する際にS偏光に偏光され、分散補償光学系9に向けて出射される。
Next, the operation of the ultrashort pulse laser transmission device 1 having the above configuration will be described.
First, for example, an S-polarized ultrashort pulse laser beam having a wavelength of about 700 nm to 1000 nm is emitted from the ultrashort pulse laser light source 3. The S-polarized ultrashort pulse laser light is polarized to P-polarized light by the isolator 5 and emitted toward the λ / 2 plate 7. The ultrashort pulse laser beam converted to P-polarized light is polarized to S-polarized light when passing through the λ / 2 plate 7 and is emitted toward the dispersion compensation optical system 9.

分散補償光学系9に入射したS偏光の超短パルスレーザ光は、第1のグレーティング19に入射する。第1のグレーティング19に入射した超短パルスレーザ光は多くの次数に回折され、複数の回折光として出射される。
例えば、波長700nmの超短パルスレーザ光が入射角−60°で、溝間隔1.667μmを持つ第1のグレーティング19に入射した場合、0次、−1次、−2次、−3次、−4次の回折光が発生する。
The S-polarized ultrashort pulse laser beam incident on the dispersion compensation optical system 9 is incident on the first grating 19. The ultrashort pulse laser beam incident on the first grating 19 is diffracted into many orders and emitted as a plurality of diffracted beams.
For example, when an ultrashort pulse laser beam having a wavelength of 700 nm is incident on the first grating 19 having an incident angle of −60 ° and a groove interval of 1.667 μm, the 0th order, the −1st order, the −2nd order, the −3rd order, -4th order diffracted light is generated.

前記の第1のグレーティング19に波長720nmの光が入射した場合には、これらの回折光の内、−4次の回折光と第1のグレーティング19の法線とのなす角と、超短パルスレーザ光の第1のグレーティング19への入射角αとが近くなる。そのため、−4次の回折光は入射する超短パルスレーザ光の光軸とほぼ同軸で超短パルスレーザ光源3方向に進む戻り光となる。
あるいは、波長960nmの光が入射した場合には、−3次の回折光と第1のグレーティング19の法線とのなす角と、超短パルスレーザ光の第1のグレーティング19への入射角αとが近くなる。そのため、−3次の回折光は入射する超短パルスレーザ光の光軸とほぼ同軸で超短パルスレーザ光源3方向に進む戻り光となる。
When light having a wavelength of 720 nm is incident on the first grating 19, the angle formed between the -4th order diffracted light and the normal line of the first grating 19 among these diffracted lights, and an ultrashort pulse The incident angle α of the laser beam to the first grating 19 is close. Therefore, the fourth-order diffracted light becomes return light that is substantially coaxial with the optical axis of the incident ultrashort pulse laser light and travels in the direction of the ultrashort pulse laser light source 3.
Alternatively, when light having a wavelength of 960 nm is incident, the angle formed between the -3rd-order diffracted light and the normal line of the first grating 19 and the incident angle α of the ultrashort pulse laser light to the first grating 19 And get closer. Therefore, the -3rd order diffracted light becomes return light that is substantially coaxial with the optical axis of the incident ultrashort pulse laser beam and travels in the direction of the ultrashort pulse laser light source 3.

超短パルスレーザ光源3方向に進む戻り光は、λ/2板7に入射してS偏光からP偏光に偏光され、アイソレータ5に入射する。アイソレータ5は分散補償光学系9側から入射されたP偏光を透過せず除去するため、戻り光は超短パルスレーザ光源3まで到達しない。   The return light traveling in the direction of the ultrashort pulse laser light source 3 enters the λ / 2 plate 7, is polarized from S-polarized light to P-polarized light, and enters the isolator 5. Since the isolator 5 removes the P-polarized light incident from the dispersion compensation optical system 9 side without transmitting, the return light does not reach the ultrashort pulse laser light source 3.

第1のグレーティング19により回折された複数の回折光の内、−1次の回折光は、第1のグレーティング19に対して平行に配置された第2のグレーティング21へ入射される。
第2のグレーティング21に入射した−1次の回折光は、多くの次数に回折され、複数の回折光として出射される。第2のグレーティング21により回折された−1次の回折光は、第1のグレーティング19に入射する超短パルスレーザ光の光軸と平行方向に進み、負チャープを形成する。また、負チャープを形成する事で、パルス幅は伸長されている。
Of the plurality of diffracted lights diffracted by the first grating 19, the −1st order diffracted light is incident on a second grating 21 arranged in parallel to the first grating 19.
The −1st order diffracted light incident on the second grating 21 is diffracted into many orders and emitted as a plurality of diffracted lights. The −1st order diffracted light diffracted by the second grating 21 travels in a direction parallel to the optical axis of the ultrashort pulse laser light incident on the first grating 19 to form a negative chirp. Moreover, the pulse width is extended by forming a negative chirp.

第2のグレーティング21から出射された−1次の回折光であるレーザ光は、光軸調整光学系7内の第1の45度全反射ミラー23に入射し、−X軸方向へ向けて反射される。
第1の45度全反射ミラー23に反射されたレーザ光は、出力調整光学系13に入射され、適正な出力に調整される。
出力調整光学系13から出射されたレーザ光はビーム整形光学系15に入射され、ビーム整形光学系15において適正なビーム径、ビームダイバージェンスに補正される。そして最後に、ビーム整形光学系15から出射されたレーザ光は、多光子顕微鏡17に導入される。
The laser light that is the −1st order diffracted light emitted from the second grating 21 is incident on the first 45-degree total reflection mirror 23 in the optical axis adjusting optical system 7 and reflected toward the −X axis direction. Is done.
The laser beam reflected by the first 45-degree total reflection mirror 23 enters the output adjustment optical system 13 and is adjusted to an appropriate output.
The laser light emitted from the output adjustment optical system 13 enters the beam shaping optical system 15 and is corrected to an appropriate beam diameter and beam divergence in the beam shaping optical system 15. Finally, the laser light emitted from the beam shaping optical system 15 is introduced into the multiphoton microscope 17.

上記の構成によれば、アイソレータ5を、超短パルスレーザ光源3と分散補償光学系9との間に挿入することにより、分散補償光学系9へ向かう超短パルスレーザ光のみが透過され、超短パルスレーザ光源3へ向かう戻り光が遮られるため、戻り光が超短パルスレーザ光源3に入射することを防止できる。   According to the above configuration, by inserting the isolator 5 between the ultrashort pulse laser light source 3 and the dispersion compensation optical system 9, only the ultrashort pulse laser beam directed to the dispersion compensation optical system 9 is transmitted. Since the return light toward the short pulse laser light source 3 is blocked, the return light can be prevented from entering the ultrashort pulse laser light source 3.

分散補償光学系9により負チャープを持つレーザ光を形成することで、パルスレーザ光が出力調整光学系13、ビーム整形光学系15および多光子顕微鏡17の媒質を通過する際に発生する正チャープを補正できる。そのため、分散補償光学系4により伸長されたパルスレーザ光のパルス幅は正チャープにより圧縮され、多光子顕微鏡17の標本到達時には超短パルスレーザ光となる。   By forming laser light having negative chirp by the dispersion compensation optical system 9, positive chirp generated when the pulse laser light passes through the medium of the output adjustment optical system 13, the beam shaping optical system 15, and the multiphoton microscope 17 is generated. Can be corrected. For this reason, the pulse width of the pulse laser beam expanded by the dispersion compensation optical system 4 is compressed by positive chirp, and becomes an ultrashort pulse laser beam when reaching the specimen of the multiphoton microscope 17.

また、分散補償光学系9の第2のグレーティング21をその光入射面に対して略垂直方向に平行移動すると、第1のグレーティング19と第2のグレーティング21との間の光路長が変更され、分散補償光学系9から出射されるパルスレーザ光の負チャープの形成量が変更される。
そのため、第2のグレーティング21の位置を制御することにより、分散補償光学系9によるパルスレーザ光の負チャープの形成量を制御できる。
When the second grating 21 of the dispersion compensation optical system 9 is translated in a direction substantially perpendicular to the light incident surface, the optical path length between the first grating 19 and the second grating 21 is changed, The amount of negative chirp of the pulse laser beam emitted from the dispersion compensation optical system 9 is changed.
Therefore, by controlling the position of the second grating 21, it is possible to control the amount of negative chirp of the pulse laser beam by the dispersion compensation optical system 9.

なお、上述のように、第2のグレーティング21がその略垂直方向に平行移動されると、第2のグレーティング21から出射される−1次の回折光もX軸方向に移動する。
このとき同時に、光軸調整光学系11の第1の45度全反射ミラー23は、この−1次の回折光の移動に応じてX軸方向に移動されるため、−1次の回折光は常に第1の45度全反射ミラー23の所定位置に入射されて、−X軸方向に反射される。その結果、分散補償光学系9から出射されるレーザ光の光軸の変位を補正し、光軸調整光学系11から出射されるパルスレーザ光の光軸を常に同軸に保つことができる。
As described above, when the second grating 21 is translated in the substantially vertical direction, the −1st order diffracted light emitted from the second grating 21 also moves in the X-axis direction.
At the same time, the first 45-degree total reflection mirror 23 of the optical axis adjusting optical system 11 is moved in the X-axis direction in accordance with the movement of the −1st order diffracted light. The light is always incident on a predetermined position of the first 45-degree total reflection mirror 23 and reflected in the −X axis direction. As a result, the displacement of the optical axis of the laser beam emitted from the dispersion compensation optical system 9 can be corrected, and the optical axis of the pulse laser beam emitted from the optical axis adjustment optical system 11 can always be kept coaxial.

また、上述のように、第1のグレーティング5と第2のグレーティング6の間の光路長を変更した場合だけでなく、超短パルスレーザ光源3から出射されるレーザ光の波長が変わった場合にも、−1次の回折光が出射する方向が変化するため、分散補償光学系9から出射されるレーザ光の光軸がX軸方向に変位する。
かかる場合にも、光軸調整光学系11から出射されるパルスレーザ光の光軸を常に同軸に保つことができる。
Further, as described above, not only when the optical path length between the first grating 5 and the second grating 6 is changed, but also when the wavelength of the laser light emitted from the ultrashort pulse laser light source 3 is changed. However, since the direction in which the −1st-order diffracted light is emitted changes, the optical axis of the laser light emitted from the dispersion compensation optical system 9 is displaced in the X-axis direction.
Even in such a case, the optical axis of the pulse laser beam emitted from the optical axis adjusting optical system 11 can always be kept coaxial.

なお、上述のように、アイソレータ5と分散補償光学系9との間にλ/2板7を配置して、アイソレータ5から出射されたP偏光の光をλ/2板7によりS偏光に偏光してもよいし、λ/2板7の代わりに、45度全反射ミラーを2枚配置することによりP偏光をS偏光に変換してもよい。
あるいは、上述のλ/2板7や45度全反射ミラーを使用せずに、アイソレータ5から出射されたP偏光の光を、そのままP偏光配置に置かれた第1のグレーティング19、および、第2のグレーティング21に入射させてもよい。
As described above, the λ / 2 plate 7 is disposed between the isolator 5 and the dispersion compensation optical system 9, and the P-polarized light emitted from the isolator 5 is polarized into S-polarized light by the λ / 2 plate 7. Alternatively, P-polarized light may be converted to S-polarized light by arranging two 45-degree total reflection mirrors instead of the λ / 2 plate 7.
Alternatively, without using the λ / 2 plate 7 or the 45-degree total reflection mirror, the P-polarized light emitted from the isolator 5 and the first grating 19 placed in the P-polarization arrangement as it is, The light may be incident on the second grating 21.

また、上述のように、λ/2板7をアイソレータ2と第1のグレーティング5の間の光路に配置してもよいし、λ/2板7を超短パルスレーザ光源3とアイソレータ5の間の光路に配置するとともに、アイソレータ5を光路軸周りに90度回転させてもよい。このように配置することにより、アイソレータ5から出射される光はS偏光となり、そのままS偏光配置の第1のグレーティング19に入射させることが出来る。   Further, as described above, the λ / 2 plate 7 may be disposed in the optical path between the isolator 2 and the first grating 5, or the λ / 2 plate 7 is disposed between the ultrashort pulse laser light source 3 and the isolator 5. The isolator 5 may be rotated 90 degrees around the optical path axis. By arranging in this way, the light emitted from the isolator 5 becomes S-polarized light and can be directly incident on the first grating 19 having the S-polarized arrangement.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図2を参照して説明する。
図2は、本実施形態における超短パルスレーザ伝達装置の概略構成を説明する全体図である。
本実施形態の超短パルスレーザ伝達装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、超短パルスレーザ光源と分散補償光学系との間に配置される構成要素が異なっている。よって、本実施形態においては、超短パルスレーザ光源と分散補償光学系との間に配置される構成要素のみを説明し、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is an overall view illustrating a schematic configuration of the ultrashort pulse laser transmission device according to the present embodiment.
The basic configuration of the ultrashort pulse laser transmission device of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the first embodiment is arranged between the ultrashort pulse laser light source and the dispersion compensation optical system. The components are different. Therefore, in the present embodiment, only the components arranged between the ultrashort pulse laser light source and the dispersion compensation optical system will be described, and the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals. Therefore, the description is omitted.

超短パルスレーザ伝達装置51は、図2に示すように、超短パルスレーザ光を出射する超短パルスレーザ光源3と、超短パルスレーザ光源3の下流側に配置された偏光ビームスプリッタ(入射防止部、偏光素子)55と、偏光ビームスプリッタ55の下流側に配置されたλ/4板(入射防止部)57と、λ/4板57の下流側に配置された分散補償光学系9と、分散補償光学系9の下流側に配置された光軸調整光学系11と、光軸調整光学系11の下流側に配置された出力調整光学系13およびビーム整形光学系15と、から概略構成されている。また、超短パルスレーザ伝達装置51から出射された超短パルスレーザ光が導かれる多光子顕微鏡17が配置されている。   As shown in FIG. 2, the ultrashort pulse laser transmission device 51 includes an ultrashort pulse laser light source 3 that emits an ultrashort pulse laser beam, and a polarization beam splitter (incident on the downstream side of the ultrashort pulse laser light source 3). Prevention unit, polarizing element) 55, a λ / 4 plate (incident prevention unit) 57 disposed downstream of the polarization beam splitter 55, and a dispersion compensation optical system 9 disposed downstream of the λ / 4 plate 57. , An optical axis adjustment optical system 11 disposed on the downstream side of the dispersion compensation optical system 9, and an output adjustment optical system 13 and a beam shaping optical system 15 disposed on the downstream side of the optical axis adjustment optical system 11. Has been. In addition, a multiphoton microscope 17 to which an ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser transmission device 51 is guided is arranged.

偏光ビームスプリッタ55は、S偏光の光を透過するとともにP偏光の光を反射する偏光反射面56を備え、偏光反射面56は、Y−Z平面をY軸回りに−45度回転させた面と略平行に配置されている。そのため、−Z軸方向に進むP偏光が偏光ビームスプリッタ55に入射すると、偏光反射面56により+X軸方向へ向けて反射される。
なお、偏光ビームスプリッタ55代わりに、偏光フィルタや音響光学素子などの素子を用いてもよい。
The polarization beam splitter 55 includes a polarization reflection surface 56 that transmits S-polarized light and reflects P-polarized light. The polarization reflection surface 56 is a surface obtained by rotating the YZ plane by −45 degrees around the Y axis. Are arranged substantially in parallel. Therefore, when the P-polarized light traveling in the −Z-axis direction enters the polarization beam splitter 55, it is reflected by the polarization reflection surface 56 toward the + X-axis direction.
Instead of the polarizing beam splitter 55, an element such as a polarizing filter or an acousto-optic element may be used.

次に、上記の構成からなる超短パルスレーザ伝達装置51における作用について説明する。
まず、超短パルスレーザ光源3から出射されたS偏光の超短パルスレーザ光は、偏光ビームスプリッタ55に入射する。S偏光の超短パルスレーザ光はそのまま偏光ビームスプリッタ55を透過して、λ/4板57に向けて出射される。λ/4板57に入射したS偏光は、一方向回りの円偏光、例えば右回りの円偏光に偏光され、分散補償光学系9に向けて出射される。
Next, the operation of the ultrashort pulse laser transmission device 51 having the above configuration will be described.
First, the S-polarized ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser light source 3 enters the polarization beam splitter 55. The S-polarized ultrashort pulse laser light passes through the polarization beam splitter 55 as it is and is emitted toward the λ / 4 plate 57. The S-polarized light incident on the λ / 4 plate 57 is polarized into one direction circularly polarized light, for example, clockwise circularly polarized light, and is emitted toward the dispersion compensation optical system 9.

分散補償光学系9に入射した右回りの円偏光の超短パルスレーザ光は、第1のグレーティング19に入射する。第1のグレーティング19に入射した超短パルスレーザ光は多くの次数に回折され、複数の回折光として出射される。
その内の所定次数の回折光が、所定波長のレーザ光の条件の下で、入射する超短パルスレーザ光の光軸とほぼ同軸で超短パルスレーザ光源3方向に進む戻り光となる。
The clockwise circularly polarized ultrashort pulse laser light incident on the dispersion compensation optical system 9 is incident on the first grating 19. The ultrashort pulse laser beam incident on the first grating 19 is diffracted into many orders and emitted as a plurality of diffracted beams.
Among them, the diffracted light of a predetermined order becomes return light that is substantially coaxial with the optical axis of the incident ultrashort pulse laser light and travels in the direction of the ultrashort pulse laser light source 3 under the condition of laser light of a predetermined wavelength.

超短パルスレーザ光源3方向に進む戻り光は、第1のグレーティング19において回折された際に、他方向回りの円偏光、例えば左回りの円偏光となる。この左回りの円偏光である戻り光はλ/4板57に入射され、P偏光に偏光されて偏光ビームスプリッタ55に向けて出射される。
P偏光に偏光された戻り光は偏光ビームスプリッタ55に入射され、偏光反射面56により+X軸方向に反射されて超短パルスレーザ光源3の出射光軸から除去される。
以後の分散補償光学系9より下流側の光学系の作用については、第1の実施形態(図1参照)と同じであるため、図2にその構成を示して説明を省略する。
When the return light traveling in the direction of the ultrashort pulse laser light source 3 is diffracted by the first grating 19, it becomes circularly polarized light in the other direction, for example, counterclockwise circularly polarized light. The return light, which is counterclockwise circularly polarized light, enters the λ / 4 plate 57, is polarized to P-polarized light, and is emitted toward the polarizing beam splitter 55.
The return light polarized to P-polarized light is incident on the polarization beam splitter 55, reflected in the + X-axis direction by the polarization reflection surface 56, and removed from the outgoing optical axis of the ultrashort pulse laser light source 3.
Since the subsequent operation of the optical system downstream of the dispersion compensation optical system 9 is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1), its configuration is shown in FIG.

上記の構成によれば、偏光ビームスプリッタ55とλ/4板57とを光源と分散補償光学系9との間に挿入することにより、分散補償光学系9へ向かう超短パルスレーザ光のみを透過し、超短パルスレーザ光源3へ向かう戻り光を遮るため、戻り光が超短パルスレーザ光源3に入射することを防止できる。   According to the above configuration, by inserting the polarization beam splitter 55 and the λ / 4 plate 57 between the light source and the dispersion compensation optical system 9, only the ultrashort pulse laser beam directed to the dispersion compensation optical system 9 is transmitted. In addition, since the return light toward the ultrashort pulse laser light source 3 is blocked, the return light can be prevented from entering the ultrashort pulse laser light source 3.

なお、上述のように、超短パルスレーザ光源3とλ/4板57の間に偏光ビームスプリッタ55を配置してP偏光を除去してもよいし、偏光ビームスプリッタ55を配置する代わりに、超短パルスレーザ光源3の内部にS偏光以外の偏光(例えばP偏光)の光を除去する光学系を配置してもよい。   As described above, the polarization beam splitter 55 may be disposed between the ultrashort pulse laser light source 3 and the λ / 4 plate 57 to remove the P-polarized light, or instead of the polarization beam splitter 55 being disposed, An optical system for removing light other than S-polarized light (for example, P-polarized light) may be disposed inside the ultrashort pulse laser light source 3.

〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について図3から図5を参照して説明する。
図3は、本実施形態における超短パルスレーザ伝達装置の概略構成を説明する全体平面図である。図4は、図3の光軸調整光学系の構成を説明する側面図であり、図5は、図3の光軸調整光学系の構成を説明する正面図である。
本実施形態の超短パルスレーザ伝達装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、超短パルスレーザ光源と出力調整光学系との間に配置される構成要素が異なっている。よって、本実施形態においては、図3から図5を用いて超短パルスレーザ光源と出力調整光学系との間に配置される構成要素のみを説明し、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is an overall plan view illustrating a schematic configuration of the ultrashort pulse laser transmission device according to the present embodiment. 4 is a side view illustrating the configuration of the optical axis adjustment optical system of FIG. 3, and FIG. 5 is a front view illustrating the configuration of the optical axis adjustment optical system of FIG.
The basic configuration of the ultrashort pulse laser transmission device of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but is different from the first embodiment between the ultrashort pulse laser light source and the output adjustment optical system. The components are different. Therefore, in the present embodiment, only components disposed between the ultrashort pulse laser light source and the output adjustment optical system will be described using FIGS. 3 to 5, and the same components as those in the first embodiment will be described. Are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

超短パルスレーザ伝達装置101は、図3に示すように、超短パルスレーザ光を出射する超短パルスレーザ光源3と、超短パルスレーザ光源3の下流側に配置された分散補償光学系(パルス分散補償器)109と、分散補償光学系109の下流側に配置された光軸調整光学系111と、光軸調整光学系111の下流側に配置された出力調整光学系13およびビーム整形光学系15と、から概略構成されている。また、超短パルスレーザ伝達装置101から出射された超短パルスレーザ光が導かれる多光子顕微鏡17が配置されている。   As shown in FIG. 3, the ultrashort pulse laser transmission device 101 includes an ultrashort pulse laser light source 3 that emits an ultrashort pulse laser beam, and a dispersion compensation optical system (on the downstream side of the ultrashort pulse laser light source 3). (Pulse dispersion compensator) 109, an optical axis adjusting optical system 111 disposed on the downstream side of the dispersion compensating optical system 109, an output adjusting optical system 13 disposed on the downstream side of the optical axis adjusting optical system 111, and beam shaping optics. The system 15 is schematically configured. Further, a multiphoton microscope 17 to which the ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser transmission device 101 is guided is arranged.

分散補償光学系109は、第1のグレーティング(グレーティング)119と、第1のグレーティング19に対して略平行に配置された第2のグレーティング(グレーティング)121とから概略構成されている。
第1のグレーティング119および第2のグレーティング121は、Y−Z平面をY軸回り正方向に所定角度回転させた平面を、その平面とZ−X平面との交線と略平行な回転軸P1回りに所定角度回転させた平面と略平行に配置されている。
The dispersion compensation optical system 109 is generally configured by a first grating (grating) 119 and a second grating (grating) 121 disposed substantially parallel to the first grating 19.
The first grating 119 and the second grating 121 have a rotation axis P1 that is a plane obtained by rotating the YZ plane by a predetermined angle around the Y axis in a positive direction and substantially parallel to the intersection line of the plane and the ZX plane. It is arranged substantially parallel to a plane rotated around a predetermined angle.

第1のグレーティング119および第2のグレーティング121のレーザ光入射面(回折面)には、Z軸に対して略垂直方向に延びる溝120が形成されている。
第1のグレーティング119および第2のグレーティング121は、言い換えると、Y−Z平面をY軸回り正方向に所定角度回転させた平面に対して略平行に配置された状態(第1および第2の実施形態における配置状態)から、溝120に対して略垂直な回転軸P1回りに所定角度回転された状態で配置されている。
On the laser light incident surfaces (diffraction surfaces) of the first grating 119 and the second grating 121, grooves 120 extending in a direction substantially perpendicular to the Z axis are formed.
In other words, the first grating 119 and the second grating 121 are arranged substantially parallel to a plane obtained by rotating the YZ plane by a predetermined angle around the Y axis in the positive direction (first and second). (Arrangement state in the embodiment) is arranged in a state of being rotated by a predetermined angle around the rotation axis P1 substantially perpendicular to the groove 120.

また、第2のグレーティング121は、第1および第2の実施形態の第2のグレーティング21と同様に、その光入射面に対して略垂直方向に平行移動可能に配置され、第2のグレーティング121の平行移動により分散補償光学系109によるパルスレーザ光の負チャープの形成量を制御するように構成されている。   Similarly to the second grating 21 of the first and second embodiments, the second grating 121 is disposed so as to be movable in a direction substantially perpendicular to the light incident surface, and the second grating 121 is arranged. The amount of negative chirp formation of the pulse laser beam by the dispersion compensation optical system 109 is controlled by the parallel movement of.

光軸調整光学系111は、図3から図5に示すように、第1の45度全反射ミラー123、第2の45度全反射ミラー125、および、第3の45度全反射ミラー127とから概略構成されている。
第1の45度全反射ミラー123は、X−Y平面をY軸回りに+45度回転させた平面と略平行に配置され、+Z軸方向に進む光を−X軸方向に反射するように配置された全反射ミラーである。また、第1の45度全反射ミラー123は、X軸方向に平行移動可能に配置されている。
第2の45度全反射ミラー125は、Y−Z平面をZ軸回りに+45度回転させた平面と略平行に配置され、−X軸方向に進む光を+Y軸方向に反射するように配置された全反射ミラーである。また、第2の45度全反射ミラー125は、X軸方向に平行移動可能に配置されている。
第3の45度全反射ミラー127は、X−Y平面をX軸回りに+45度回転させた平面と略平行に配置され、+Y軸方向に進む光を+Z軸方向に反射するように配置された全反射ミラーである。
As shown in FIGS. 3 to 5, the optical axis adjusting optical system 111 includes a first 45-degree total reflection mirror 123, a second 45-degree total reflection mirror 125, and a third 45-degree total reflection mirror 127. It is roughly composed.
The first 45-degree total reflection mirror 123 is arranged so as to be substantially parallel to a plane obtained by rotating the XY plane around the Y axis by +45 degrees and reflects light traveling in the + Z-axis direction in the -X-axis direction. The total reflection mirror. The first 45-degree total reflection mirror 123 is arranged so as to be movable in the X-axis direction.
The second 45-degree total reflection mirror 125 is disposed so as to be substantially parallel to a plane obtained by rotating the YZ plane about +45 degrees around the Z axis, and disposed so as to reflect light traveling in the −X axis direction in the + Y axis direction. The total reflection mirror. The second 45-degree total reflection mirror 125 is arranged so as to be movable in the X-axis direction.
The third 45-degree total reflection mirror 127 is disposed substantially parallel to a plane obtained by rotating the XY plane by +45 degrees around the X axis, and is disposed so as to reflect light traveling in the + Y axis direction in the + Z axis direction. It is a total reflection mirror.

次に、上記の構成からなる超短パルスレーザ伝達装置101における作用について説明する。
まず、超短パルスレーザ光源3から出射されたS偏光の超短パルスレーザ光は、分散補償光学系109の第1のグレーティング119に入射する。第1のグレーティング119は、回転軸P1回りに所定角度回転され傾いた状態に配置されているため、第1のグレーティング119から出射される各次数の回折光の光軸は、Z−X平面に平行な面であって第1のグレーティング119に入射する超短パルスレーザ光の光軸を含む平面から外れる。
つまり、各次数の回折光は、第1のグレーティング119からZ−X平面に対して所定の角度で交差する方向に出射される。なお、本実施形態においては、各次数の回折光が+Y軸方向に出射されている例に適用して説明する。
そのため、各次数の回折光のいずれかがZ軸に略平行かつ−Z軸方向に進むことがなくなり、超短パルスレーザ光源3に入射することを防止できる。
Next, the operation of the ultrashort pulse laser transmission device 101 having the above configuration will be described.
First, the S-polarized ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser light source 3 enters the first grating 119 of the dispersion compensation optical system 109. Since the first grating 119 is disposed in a tilted state rotated by a predetermined angle around the rotation axis P1, the optical axis of each order of diffracted light emitted from the first grating 119 is in the ZX plane. The plane is parallel and deviates from the plane including the optical axis of the ultrashort pulse laser beam incident on the first grating 119.
That is, each order of diffracted light is emitted from the first grating 119 in a direction intersecting the ZX plane at a predetermined angle. In the present embodiment, description will be made by applying to an example in which each order of diffracted light is emitted in the + Y-axis direction.
Therefore, any diffracted light of each order does not travel substantially parallel to the Z axis and in the −Z axis direction, and can be prevented from entering the ultrashort pulse laser light source 3.

例えば、本実施形態を、超短パルスレーザ光源3の出射口径が直径5ミリメートル、超短パルスレーザ光源3と第1のグレーティング119との間の光路長が1メートルの場合に適用して説明すると、第1のグレーティング119からの戻り光の光軸が、超短パルスレーザ光源3の出射光軸に対して0.14°以上の交差角を有していれば、戻り光は超短パルスレーザ光源3の出射口に入射しない。
したがって、かかる場合において、第1のグレーティング119は、−1次以外の次数の回折光(戻り光となる回折光)の回折角が超短パルスレーザ光源3の出射光軸に対して0.14°以上の交差角を有するように、回転軸P1回りに回転配置されている。
なお、これらの値は、上述の値に限定されるものではなく、個々の実施形態によって異なる値を取りうるものである。
For example, the present embodiment will be described by applying it to the case where the exit diameter of the ultrashort pulse laser light source 3 is 5 mm and the optical path length between the ultrashort pulse laser light source 3 and the first grating 119 is 1 meter. If the optical axis of the return light from the first grating 119 has an intersection angle of 0.14 ° or more with respect to the output optical axis of the ultrashort pulse laser light source 3, the return light is an ultrashort pulse laser. It does not enter the exit of the light source 3.
Therefore, in such a case, the first grating 119 has a diffraction angle of the diffracted light of orders other than the −1 order (diffracted light to be returned light) of 0.14 with respect to the emission optical axis of the ultrashort pulse laser light source 3. It is rotationally arranged around the rotation axis P1 so as to have a crossing angle of not less than °.
In addition, these values are not limited to the above-mentioned values, and can take different values depending on individual embodiments.

第1のグレーティング119により回折された多くの次数の光の内、−1次の回折光は、第2のグレーティング121へ入射され、第2のグレーティング121により更に回折される。
第2のグレーティング121の回折光の内の−1次の回折光は、第1のグレーティング119に入射するレーザ光の光軸と平行方向(Z軸と平行方向)に進み、光軸調整光学系111に入射される。
Of the many orders of light diffracted by the first grating 119, the −1st order diffracted light is incident on the second grating 121 and further diffracted by the second grating 121.
Of the diffracted light of the second grating 121, the −1st order diffracted light travels in a direction parallel to the optical axis of the laser light incident on the first grating 119 (a direction parallel to the Z axis), and the optical axis adjusting optical system. 111 is incident.

光軸調整光学系111に入射されたレーザ光は、図3および図5に示すように、第1の45度全反射ミラー123に入射され、−X軸方向に向けて反射され第2の45度全反射ミラー125に入射される。第2の45度全反射ミラー125に入射されたレーザ光は、図4および図5に示すように、+Y軸方向に向けて反射され第3の45度全反射ミラー10に入射される。第3の45度全反射ミラー10に入射されたレーザ光は、図3および図4に示すように、+Z軸方向に向けて反射され出力調整光学系13に向けて出射される。   As shown in FIGS. 3 and 5, the laser light incident on the optical axis adjusting optical system 111 is incident on the first 45-degree total reflection mirror 123, reflected toward the −X axis direction, and the second 45. Is incident on the total reflection mirror 125. As shown in FIGS. 4 and 5, the laser light incident on the second 45-degree total reflection mirror 125 is reflected toward the + Y-axis direction and is incident on the third 45-degree total reflection mirror 10. As shown in FIGS. 3 and 4, the laser light incident on the third 45-degree total reflection mirror 10 is reflected toward the + Z-axis direction and emitted toward the output adjustment optical system 13.

ここで、パルスレーザ光の負チャープの形成量を制御(変更)するために、第2のグレーティング121が、例えば、第1のグレーティング119から離れる方向に平行移動されると、図3および図4中の点線で示すように、第2のグレーティング121から出射される−1次の回折光の光軸が+X軸方向に平行移動するとともに、+Y軸方向に平行移動する。   Here, in order to control (change) the formation amount of the negative chirp of the pulse laser beam, when the second grating 121 is translated in a direction away from the first grating 119, for example, FIGS. As indicated by the dotted line in the middle, the optical axis of the −1st order diffracted light emitted from the second grating 121 translates in the + X axis direction and translates in the + Y axis direction.

かかる場合には、第1の45度全反射ミラー123が、図3および図5に示すように、第2のグレーティング121の移動量に応じて+X軸方向に移動され、上記回折光の光軸の+X軸方向への平行移動が吸収されるとともに、第1の45度全反射ミラー123から−X軸方向に出射されるレーザ光の光軸のZ軸方向への平行移動が防止される。   In such a case, the first 45-degree total reflection mirror 123 is moved in the + X-axis direction according to the movement amount of the second grating 121 as shown in FIGS. 3 and 5, and the optical axis of the diffracted light Of the laser beam emitted from the first 45-degree total reflection mirror 123 in the −X-axis direction is prevented from moving in the Z-axis direction.

第2の45度全反射ミラー125に入射されるレーザ光の光軸は、図4および図5に示すように、上記回折光の光軸の+Y軸方向への平行移動のため、+Y軸方向に平行移動している。第2の45度全反射ミラー125は、第2のグレーティング121の移動量に応じて+X軸方向に移動され、上記回折光の光軸の+Y軸方向への平行移動が吸収されるとともに、第2の45度全反射ミラー125から+Y軸方向に出射されるレーザ光の光軸のX軸方向への平行移動が防止される。   As shown in FIGS. 4 and 5, the optical axis of the laser light incident on the second 45-degree total reflection mirror 125 is in the + Y-axis direction due to the parallel movement of the optical axis of the diffracted light in the + Y-axis direction. It is translated to. The second 45-degree total reflection mirror 125 is moved in the + X-axis direction according to the movement amount of the second grating 121, and the parallel movement of the optical axis of the diffracted light in the + Y-axis direction is absorbed. 2, the parallel movement of the optical axis of the laser beam emitted from the 45-degree total reflection mirror 125 in the + Y-axis direction in the X-axis direction is prevented.

以後の光軸調整光学系111より下流側の光学系の作用については、第1の実施形態(図1参照)と同じであるため、図3および図4にその構成を示して説明を省略する。   Since the subsequent operation of the optical system downstream of the optical axis adjusting optical system 111 is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1), the configuration is shown in FIGS. 3 and 4 and the description thereof is omitted. .

上記の構成によれば、第1のグレーティング119および第2のグレーティング121を回転軸P1回りに回転させて傾けることにより、第1のグレーティング119から超短パルスレーザ光源3に向かう戻り光(回折光)の光軸の向きを変更させることができる。そのため、分散補償光学系109から超短パルスレーザ光源3へ向かう戻り光(回折光)が、超短パルスレーザ光源3に入射することを防止できる。   According to the above configuration, the first grating 119 and the second grating 121 are rotated around the rotation axis P1 and tilted to return light (diffracted light) from the first grating 119 toward the ultrashort pulse laser light source 3. ) Direction of the optical axis can be changed. Therefore, return light (diffracted light) traveling from the dispersion compensation optical system 109 toward the ultrashort pulse laser light source 3 can be prevented from entering the ultrashort pulse laser light source 3.

なお、上述のように、第1のグレーティング119および第2のグレーティング121を、それぞれ個々に回転軸P1回りに回転させ傾けて配置してもよいし、第1のグレーティング119および第2のグレーティング121を、一体に回転軸P1回りに回転させ傾けて配置してもよく、同様の効果が得られる。   Note that, as described above, the first grating 119 and the second grating 121 may be individually rotated and arranged around the rotation axis P1, or the first grating 119 and the second grating 121 may be arranged. May be rotated and tilted around the rotation axis P1, and the same effect can be obtained.

なお、上述のように光軸調整光学系111を3枚の45度全反射ミラー123,125,127から構成してもよいし、2枚の全反射ミラーから構成してもよいし、その他の光学素子を用いてもよい。分散補償光学系109から出射されるレーザ光の移動を吸収し、多光子顕微鏡17の所定位置に向けてレーザ光を出射できる光学系であればよく、特に限定するものでない。   As described above, the optical axis adjusting optical system 111 may be composed of three 45-degree total reflection mirrors 123, 125, 127, or may be composed of two total reflection mirrors. An optical element may be used. Any optical system that absorbs the movement of the laser beam emitted from the dispersion compensation optical system 109 and can emit the laser beam toward a predetermined position of the multiphoton microscope 17 is not particularly limited.

〔第4の実施形態〕
次に、本発明の第4の実施形態について図6を参照して説明する。
図6は、本実施形態における超短パルスレーザ伝達装置の概略構成を説明する全体平面図である。
本実施形態の超短パルスレーザ伝達装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、超短パルスレーザ光源と出力調整光学系との間に配置される構成要素が異なっている。よって、本実施形態においては、図6を用いて超短パルスレーザ光源と出力調整光学系との間に配置される構成要素のみを説明し、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an overall plan view illustrating a schematic configuration of the ultrashort pulse laser transmission device according to the present embodiment.
The basic configuration of the ultrashort pulse laser transmission device of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but is different from the first embodiment between the ultrashort pulse laser light source and the output adjustment optical system. The components are different. Therefore, in the present embodiment, only the components arranged between the ultrashort pulse laser light source and the output adjustment optical system will be described with reference to FIG. 6, and the same components as those in the first embodiment are The same reference numerals are given and description thereof is omitted.

超短パルスレーザ伝達装置151は、図6に示すように、超短パルスレーザ光を出射する超短パルスレーザ光源3と、超短パルスレーザ光源3の下流側に配置された分散補償光学系(パルス分散補償器)159と、分散補償光学系159の下流側に配置された光軸調整光学系11と、光軸調整光学系11の下流側に配置された出力調整光学系13およびビーム整形光学系15と、から概略構成されている。また、超短パルスレーザ伝達装置151から出射された超短パルスレーザ光が導かれる多光子顕微鏡17が配置されている。   As shown in FIG. 6, the ultrashort pulse laser transmission device 151 includes an ultrashort pulse laser light source 3 that emits an ultrashort pulse laser beam, and a dispersion compensation optical system (on the downstream side of the ultrashort pulse laser light source 3 ( (Pulse dispersion compensator) 159, the optical axis adjusting optical system 11 disposed on the downstream side of the dispersion compensating optical system 159, the output adjusting optical system 13 and the beam shaping optics disposed on the downstream side of the optical axis adjusting optical system 11. The system 15 is schematically configured. Further, a multiphoton microscope 17 to which the ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser transmission device 151 is guided is arranged.

分散補償光学系159は、第1のグレーティング(グレーティング)169と、第1のグレーティング19に対して平行に配置された第2のグレーティング(グレーティング)171とから概略構成されている。
第1のグレーティング169および第2のグレーティング171は、Y−Z平面をY軸回り正方向に所定角度回転させた平面と平行に配置され、Y軸と平行であって、第1のグレーティング169および第2のグレーティング171の中心を通過する回転軸P2回りに回転自在に配置されている。
The dispersion compensation optical system 159 is generally configured by a first grating (grating) 169 and a second grating (grating) 171 arranged in parallel to the first grating 19.
The first grating 169 and the second grating 171 are arranged in parallel to a plane obtained by rotating the YZ plane by a predetermined angle around the Y axis in the positive direction, and are parallel to the Y axis. The second grating 171 is disposed so as to be rotatable around a rotation axis P2 passing through the center of the second grating 171.

次に、上記の構成からなる超短パルスレーザ伝達装置151における作用について説明する。
まず、超短パルスレーザ光源3から出射されたS偏光の超短パルスレーザ光は、分散補償光学系159の第1のグレーティング169に入射する。第1のグレーティング169に入射されたレーザ光は多くの次数に回折され、その内の−1次の回折光は第1のグレーティング169の回折面と平行を成す様に傾けて配置された第2のグレーティング171へ入射する。
第2のグレーティング171に入射されたレーザ光は更に回折され、複数の回折光の内の−1次の回折光は、第1のグレーティング169に入射するレーザ光の光軸と平行方向(Z軸と平行方向)に進み、光軸調整光学系11に入射される。

以後の分散補償光学系159より下流側の光学系の作用については、第1の実施形態(図1参照)と同じであるため、図6にその構成を示して説明を省略する。
Next, the operation of the ultrashort pulse laser transmission device 151 having the above configuration will be described.
First, an S-polarized ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser light source 3 enters the first grating 169 of the dispersion compensation optical system 159. The laser light incident on the first grating 169 is diffracted into many orders, and the −1st order diffracted light among them is arranged to be inclined so as to be parallel to the diffraction surface of the first grating 169. Is incident on the grating 171.
The laser light incident on the second grating 171 is further diffracted, and the −1st order diffracted light of the plurality of diffracted lights is parallel to the optical axis of the laser light incident on the first grating 169 (Z-axis). In the direction parallel to the optical axis) and enters the optical axis adjusting optical system 11.

Since the subsequent operation of the optical system downstream from the dispersion compensation optical system 159 is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1), the configuration is shown in FIG.

ここで、後述する条件を満たす場合には、他の次数の回折光のうちの所定次数の回折光が超短パルスレーザ光源3の出射光軸とほぼ同軸で−Z方向に進むため、第1のグレーティング169の回転軸P2回りに回転させて傾け、上記所定次数の回折光の光軸を超短パルスレーザ光源3の出射光軸からずらす。   Here, when the condition described later is satisfied, the diffracted light of a predetermined order among the other orders of diffracted light travels in the −Z direction substantially coaxially with the outgoing optical axis of the ultrashort pulse laser light source 3, and thus the first The grating 169 is rotated and tilted about the rotation axis P <b> 2 to shift the optical axis of the diffracted light of the predetermined order from the emission optical axis of the ultrashort pulse laser light source 3.

この時、第1のグレーティング169から第2のグレーティング171へ入射する−1次の回折光の入射角も変化する。そのため、第2のグレーティング171も同時に回転軸P2回りに回転させて傾け、第2のグレーティング171から出射される−1次の回折光の光軸をZ軸に対して略平行に保っている。
第2のグレーティング171から出射される−1次の回折光はZ軸に対して略平行に保たれているが、X軸方向に平行移動する。そのため、第1の実施形態と同様に、第1の45度全反射ミラー23をX軸方向に移動させることで、光軸の移動を補正している。
At this time, the incident angle of the −1st order diffracted light that enters the second grating 171 from the first grating 169 also changes. Therefore, the second grating 171 is also rotated and tilted around the rotation axis P2 at the same time, and the optical axis of the −1st order diffracted light emitted from the second grating 171 is kept substantially parallel to the Z axis.
The −1st order diffracted light emitted from the second grating 171 is kept substantially parallel to the Z axis, but moves in parallel in the X axis direction. Therefore, as in the first embodiment, the movement of the optical axis is corrected by moving the first 45-degree total reflection mirror 23 in the X-axis direction.

前述の所定次数の回折光が超短パルスレーザ光源3の出射光軸とほぼ同軸で−Z方向に進む条件とは、以下の各パラメータが関係式(2)を満たす条件である。
λ=(2d・sinα)/m ・・・(2)
ただし、dは第1のグレーティング169の溝間隔、mは回折光の次数(整数)、λはグレーティング169に入射するレーザ光の波長、αは第1のグレーティング169へ入射するレーザ光の入射角である。
The condition that the diffracted light of the predetermined order advances in the −Z direction substantially coaxially with the outgoing optical axis of the ultrashort pulse laser light source 3 is a condition in which the following parameters satisfy the relational expression (2).
λ = (2d · sin α) / m (2)
Where d is the groove interval of the first grating 169, m is the order (integer) of the diffracted light, λ is the wavelength of the laser light incident on the grating 169, and α is the incident angle of the laser light incident on the first grating 169. It is.

また、超短パルスレーザ光源3から出射される超短パルスレーザ光の波長λは、多光子顕微鏡17による測定要求に応じて変更されるため、波長λが変更されるたびに上述の各パラメータが関係式(2)を満たすか否か確認される。   Further, since the wavelength λ of the ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser light source 3 is changed according to a measurement request by the multiphoton microscope 17, each parameter described above is changed each time the wavelength λ is changed. It is confirmed whether the relational expression (2) is satisfied.

上記の構成によれば、第1のグレーティング169を回転軸P2回りに回転させ傾けることにより、第1のグレーティング169から超短パルスレーザ光源3に向かう戻り光(回折光)の光軸の向きを変更させることができる。そのため、分散補償光学系159から超短パルスレーザ光源3へ向かう戻り光(回折光)が、超短パルスレーザ光源3に入射することを防止できる。   According to the above configuration, the direction of the optical axis of the return light (diffracted light) from the first grating 169 toward the ultrashort pulse laser light source 3 is changed by rotating and tilting the first grating 169 about the rotation axis P2. It can be changed. Therefore, return light (diffracted light) traveling from the dispersion compensation optical system 159 toward the ultrashort pulse laser light source 3 can be prevented from entering the ultrashort pulse laser light source 3.

なお、上述のように、第1のグレーティング169および第2のグレーティング171を、それぞれ個々に、回転軸P2回りに回転自在に配置してもよいし、第1のグレーティング169および第2のグレーティング171を、一体として、第1のグレーティング169の回転軸P2回りに回転自在に配置してもよく、同様の効果が得られる。   As described above, the first grating 169 and the second grating 171 may be individually arranged so as to be rotatable around the rotation axis P2. Alternatively, the first grating 169 and the second grating 171 may be arranged. May be arranged as a unit so as to be rotatable around the rotation axis P2 of the first grating 169, and the same effect can be obtained.

〔第5の実施形態〕
次に、本発明の第5の実施形態について図7を参照して説明する。
図7は、本実施形態における超短パルスレーザ伝達装置の概略構成を説明する全体平面図である。
本実施形態の超短パルスレーザ伝達装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、超短パルスレーザ光源と光軸調整光学系との間に配置される構成要素が異なっている。よって、本実施形態においては、図7を用いて超短パルスレーザ光源と光軸調整光学系との間に配置される構成要素のみを説明し、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is an overall plan view illustrating a schematic configuration of the ultrashort pulse laser transmission device according to the present embodiment.
The basic configuration of the ultrashort pulse laser transmission device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the first embodiment is arranged between the ultrashort pulse laser light source and the optical axis adjusting optical system. Different components are used. Therefore, in the present embodiment, only the components arranged between the ultrashort pulse laser light source and the optical axis adjusting optical system will be described with reference to FIG. 7, and the same components as those in the first embodiment will be described. The same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

超短パルスレーザ伝達装置201は、図7に示すように、超短パルスレーザ光を出射する超短パルスレーザ光源3と、超短パルスレーザ光源3の下流側に配置された分散補償光学系(パルス分散補償器)209と、分散補償光学系209の下流側に配置された光軸調整光学系11と、光軸調整光学系11の下流側に配置された出力調整光学系13およびビーム整形光学系15と、から概略構成されている。   As shown in FIG. 7, the ultrashort pulse laser transmission device 201 includes an ultrashort pulse laser light source 3 that emits ultrashort pulse laser light, and a dispersion compensation optical system (on the downstream side of the ultrashort pulse laser light source 3). A pulse dispersion compensator) 209, an optical axis adjusting optical system 11 disposed downstream of the dispersion compensating optical system 209, an output adjusting optical system 13 and beam shaping optics disposed downstream of the optical axis adjusting optical system 11. The system 15 is schematically configured.

分散補償光学系209は、第1のグレーティング(グレーティング)219と、第1のグレーティング219に対して平行に配置された第2のグレーティング(グレーティング)221とから概略構成され、第1のグレーティング219および第2のグレーティング221は、Y−Z平面をY軸回り正方向に所定角度回転させた平面と平行に配置されている。   The dispersion compensation optical system 209 is generally configured by a first grating (grating) 219 and a second grating (grating) 221 arranged in parallel to the first grating 219. The second grating 221 is arranged in parallel with a plane obtained by rotating the YZ plane by a predetermined angle around the Y axis in the positive direction.

また、第1のグレーティング219および第2のグレーティング221のレーザ光入射面には、以下の関係式を満たす本数の溝(図示せず)が形成されている。
d < mλ/(2sinα) m=−2、または、m=2 ・・・(1)
ただし、dはグレーティング219,221の溝間隔、mは回折光の次数(整数)、λはグレーティング219,221に入射するレーザ光の波長、αはグレーティング219,221へ入射するレーザ光の入射角である。
Further, the number of grooves (not shown) satisfying the following relational expression is formed on the laser light incident surfaces of the first grating 219 and the second grating 221.
d <mλ / (2 sin α) m = −2 or m = 2 (1)
Where d is the groove spacing of the gratings 219 and 221, m is the order (integer) of the diffracted light, λ is the wavelength of the laser light incident on the gratings 219 and 221, and α is the incident angle of the laser light incident on the gratings 219 and 221. It is.

次に、上記の構成からなる超短パルスレーザ伝達装置201における作用について説明する。
まず、超短パルスレーザ光源3から出射されたS偏光の超短パルスレーザ光は、分散補償光学系209の第1のグレーティング219に入射する。第1のグレーティング219に入射されたレーザ光は多くの次数に回折され、−1次の回折光は第2のグレーティング221に向けて出射される。
第2のグレーティング221に入射されたレーザ光は更に回折され、複数の回折光の内の−1次の回折光は、第1のグレーティング219に入射するレーザ光の光軸と平行方向(Z軸と平行方向)に進み、光軸調整光学系11に入射される。
Next, the operation of the ultrashort pulse laser transmission device 201 having the above configuration will be described.
First, the S-polarized ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser light source 3 is incident on the first grating 219 of the dispersion compensation optical system 209. The laser light incident on the first grating 219 is diffracted into many orders, and the −1st order diffracted light is emitted toward the second grating 221.
The laser light incident on the second grating 221 is further diffracted, and the −1st order diffracted light of the plurality of diffracted lights is parallel to the optical axis of the laser light incident on the first grating 219 (Z-axis). In the direction parallel to the optical axis) and enters the optical axis adjusting optical system 11.

また、第1のグレーティング219により回折された多くの回折光の内、±2次以上の次数を持つ回折光は、第1のグレーティング219に形成された溝の本数が関係式(1)を満たしているため、超短パルスレーザ光源3の出射光軸とほぼ同軸で−Z方向に進むことが防止される。   Of the many diffracted lights diffracted by the first grating 219, the number of grooves formed in the first grating 219 satisfies the relational expression (1) in the diffracted lights having orders of ± 2nd order or higher. Therefore, it is possible to prevent the light from traveling in the −Z direction substantially coaxially with the output optical axis of the ultrashort pulse laser light source 3.

例えば、超短パルスレーザ光源3から出射される超短パルスレーザ光の波長が700nmであって、第1のグレーティング219への入射角が−60°とした場合には、関係式(1)を満たす溝間隔dは、0.808μmと算出される。   For example, when the wavelength of the ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser light source 3 is 700 nm and the incident angle to the first grating 219 is −60 °, the relational expression (1) is obtained. The groove interval d to be filled is calculated as 0.808 μm.

上記の構成によれば、第1のグレーティング219に形成された溝の本数が上記関係式(1)を満たしているため、第1のグレーティング219により回折された多くの回折光の内、±2次以上の次数を持つ回折光(戻り光)が超短パルスレーザ光源3へ向かって進み、超短パルスレーザ光源3に入射することを防止できる。   According to the above configuration, since the number of grooves formed in the first grating 219 satisfies the relational expression (1), among the many diffracted lights diffracted by the first grating 219, ± 2 It is possible to prevent the diffracted light (return light) having the order of the order or higher from traveling toward the ultrashort pulse laser light source 3 and entering the ultrashort pulse laser light source 3.

なお、上述のように、超短パルスレーザ伝達装置201として、超短パルスレーザ光源3、分散補償光学系209、光軸調整光学系11、出力調整光学系13、ビーム整形光学系15および多光子顕微鏡17のみから構成されていてもよいし、超短パルスレーザ光源3と多光子顕微鏡17の間の光路に、正チャープを生じる光学系を配置してもよい。
当該光学系を配置することにより、例えば、関係式(1)を満たす溝本数を有する第1のグレーティング219および第2のグレーティング221による負チャープが、多光子顕微鏡13内の標本面での正チャープを除去する以上に補償し過ぎる場合、当該光学系により補償量を調整することができる。当該光学系としては、ガラス材、プラスチック材、半導体結晶等の光学素子、音響光学素子、電気光学素子、シングルモードファイバ等の光学デバイス、グレーティングペア、プリズムペアを含むパルス分散補償器等を例示できる。
As described above, as the ultrashort pulse laser transmission device 201, the ultrashort pulse laser light source 3, the dispersion compensation optical system 209, the optical axis adjustment optical system 11, the output adjustment optical system 13, the beam shaping optical system 15, and the multiphoton. It may be configured only by the microscope 17, or an optical system that generates a positive chirp may be disposed in the optical path between the ultrashort pulse laser light source 3 and the multiphoton microscope 17.
By arranging the optical system, for example, the negative chirp by the first grating 219 and the second grating 221 having the number of grooves satisfying the relational expression (1) is changed to the positive chirp on the sample surface in the multiphoton microscope 13. If the compensation is too much more than removing the compensation, the compensation amount can be adjusted by the optical system. Examples of the optical system include optical elements such as glass materials, plastic materials, and semiconductor crystals, acousto-optic elements, electro-optic elements, optical devices such as single-mode fibers, pulse dispersion compensators including grating pairs, and prism pairs. .

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、分散補償光学系として2枚のグレーティングを用いてレーザ光を2回回折して負チャープを形成する実施形態に適用して説明したが、2枚のグレーティングを用いた分散補償光学系に限られることなく、グレーティング1枚と全反射ミラー2枚を用いてレーザ光を2回回折させて負チャープを形成する分散補償光学系や、グレーティング1枚と全反射ミラー4枚、または、グレーティング2枚と全反射ミラー1枚、または、グレーティング4枚を用いてレーザを4回回折させて負チャープを形成する分散補償光学系などに適用することもできる。
また、分散補償光学系として、グレーティングペアおよびプリズムペアを組み合わせたものに適用することもできる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the description has been made by applying to the embodiment in which the negative chirp is formed by diffracting the laser light twice by using two gratings as the dispersion compensation optical system. Without being limited to the dispersion compensation optical system used, a dispersion compensation optical system that forms a negative chirp by diffracting laser light twice using one grating and two total reflection mirrors, or one grating and a total reflection mirror The present invention can also be applied to a dispersion compensation optical system that forms negative chirp by diffracting a laser four times using four sheets, two gratings and one total reflection mirror, or four gratings.
Further, the dispersion compensation optical system can be applied to a combination of a grating pair and a prism pair.

本発明に係る超短パルスレーザ伝達装置の第1の実施形態概略構成を説明する全体図である。1 is an overall view illustrating a schematic configuration of a first embodiment of an ultrashort pulse laser transmission device according to the present invention. 本発明に係る超短パルスレーザ伝達装置の第2の実施形態概略構成を説明する全体図である。It is a whole figure explaining 2nd Embodiment schematic structure of the ultrashort pulse laser transmission apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る超短パルスレーザ伝達装置の第3の実施形態概略構成を説明する全体図である。FIG. 5 is an overall view illustrating a schematic configuration of a third embodiment of an ultrashort pulse laser transmission device according to the present invention. 図3の光軸調整光学系の構成を説明する側面図である。It is a side view explaining the structure of the optical axis adjustment optical system of FIG. 図3の光軸調整光学系の構成を説明する正面図である。It is a front view explaining the structure of the optical axis adjustment optical system of FIG. 本発明に係る超短パルスレーザ伝達装置の第4の実施形態概略構成を説明する全体図である。FIG. 9 is an overall view illustrating a schematic configuration of a fourth embodiment of an ultrashort pulse laser transmission device according to the present invention. 本発明に係る超短パルスレーザ伝達装置の第5の実施形態概略構成を説明する全体図である。FIG. 9 is an overall view illustrating a schematic configuration of a fifth embodiment of an ultrashort pulse laser transmission device according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,51,101,151,201 超短パルスレーザ伝達装置
3 超短パルスレーザ光源(光源)
5 アイソレータ(入射防止部、整流素子)
9,109,159,209 分散補償光学系(パルス分散補償器)
19,119,169,219 第1のグレーティング(グレーティング)
21,121,171,221 第2のグレーティング(グレーティング)
55 偏光ビームスプリッタ(入射防止部、偏光素子)
57 λ/4板(入射防止部)
P1,P2 回転軸
1, 51, 101, 151, 201 Ultrashort pulse laser transmission device 3 Ultrashort pulse laser light source (light source)
5 Isolator (incident prevention part, rectifier)
9, 109, 159, 209 Dispersion compensation optical system (pulse dispersion compensator)
19, 119, 169, 219 First grating (grating)
21, 121, 171, 221 Second grating (grating)
55 Polarizing beam splitter (incident prevention part, polarizing element)
57 λ / 4 plate (incident prevention part)
P1, P2 rotary shaft

Claims (3)

超短パルスレーザ光を出射する光源と、
前記超短パルスレーザ光が入射され、溝の長手方向に直交する平面内に前記超短パルスレーザ光を分光するグレーティングを備えたパルス分散補償器と、
前記グレーティングを前記平面に直交する軸線周りに傾斜させ、前記パルス分散補償器から前記光源へ向かう戻り光が、前記光源に入射することを防止する入射防止部とを備え
前記パルス分散補償器は、
レーザ光源側に配置された第1のグレーティングと、
該第一のグレーティングに対向配置された第2のグレーティングとからなる一組のグレーティング対を有し、
前記第2のグレーティングが、波長可変時に回転角が調整された前記第一のグレーティングと互いに平行になるよう調整され、
前記第2のグレーティングから出射される−1次または1次回折光の移動に応じて、前記パルス分散補償器から出射される光軸を同軸に保つ光軸調整光学系を備え、
前記光軸調整光学系は、
前記第1のグレーティングおよび前記第2のグレーティングとは別個に設けられた全反射手段と、
前記第2のグレーティングから出射される−1次または1次回折光の移動に応じて前記全反射手段を移動させる移動手段とを備える超短パルスレーザ伝達装置。
A light source that emits ultrashort pulse laser light;
A pulse dispersion compensator comprising a grating that receives the ultrashort pulse laser light and separates the ultrashort pulse laser light in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the groove;
An incident prevention unit that tilts the grating around an axis orthogonal to the plane and prevents return light from the pulse dispersion compensator from traveling toward the light source from entering the light source ;
The pulse dispersion compensator is
A first grating disposed on the laser light source side;
A pair of gratings consisting of a second grating disposed opposite the first grating;
The second grating is adjusted to be parallel to the first grating whose rotation angle is adjusted when the wavelength is tunable,
An optical axis adjusting optical system that keeps the optical axis emitted from the pulse dispersion compensator coaxial with the movement of the -1st order or 1st order diffracted light emitted from the second grating;
The optical axis adjusting optical system is
Total reflection means provided separately from the first grating and the second grating;
An ultrashort pulse laser transmission device comprising: moving means for moving the total reflection means in accordance with movement of −1st order or 1st order diffracted light emitted from the second grating .
前記入射防止部が、前記グレーティングのレーザ光入射面に複数本形成された溝の間隔が、以下の関係式を満たすように、前記グレーティングを傾斜させる請求項1記載の超短パルスレーザ伝達装置。
d<mλ/(2sinα),
m=−2,または、m=2・・・(1)
ここで、dは前記グレーティングの溝間隔、mは次数(整数)、λは前記超短パルスレーザ光の波長、αは前記超短パルスレーザ光の前記グレーティングへの入射角である。
2. The ultrashort pulse laser transmission device according to claim 1, wherein the incident prevention unit inclines the grating so that an interval between grooves formed on the laser light incident surface of the grating satisfies the following relational expression.
d <mλ / (2 sin α),
m = -2, or m = 2 (1)
Here, d is the groove interval of the grating, m is the order (integer), λ is the wavelength of the ultrashort pulse laser beam, and α is the angle of incidence of the ultrashort pulse laser beam on the grating.
前記入射防止部が、前記超短パルスレーザ光の波長可変時に前記超短パルスレーザ光の波長が次式の条件を満たさないように、前記グレーティングを傾斜させる請求項1記載の超短パルスレーザ伝達装置。
λ=(2d・sinα)/m・・・(2)
ここで、dは前記グレーティングの溝間隔、mは次数(整数)、λは前記超短パルスレーザ光の波長、αは前記超短パルスレーザ光の前記グレーティングへの入射角である。
2. The ultrashort pulse laser transmission according to claim 1, wherein the incident prevention unit tilts the grating so that the wavelength of the ultrashort pulse laser beam does not satisfy the following condition when the wavelength of the ultrashort pulse laser beam is variable. apparatus.
λ = (2d · sin α) / m (2)
Here, d is the groove interval of the grating, m is the order (integer), λ is the wavelength of the ultrashort pulse laser beam, and α is the angle of incidence of the ultrashort pulse laser beam on the grating.
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