パルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法
【課題】
複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を伸長し、出力されるパルスレーザのピークエネルギーを低下させることができるパルスレーザ発振器を提供する。
【解決手段】
印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子６ａ，６ｂと、前記複数の電気光学素子６ａ，６ｂの個々に電圧を印加するとともに電圧を制御する電圧制御装置７とを備えたパルスレーザ発振器であって、前記電圧制御装置７によって、前記複数の電気光学素子６ａ，６ｂの個々に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御するものである。
複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を伸長し、出力されるパルスレーザのピークエネルギーを低下させることができるパルスレーザ発振器を提供する。
【解決手段】
印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子６ａ，６ｂと、前記複数の電気光学素子６ａ，６ｂの個々に電圧を印加するとともに電圧を制御する電圧制御装置７とを備えたパルスレーザ発振器であって、前記電圧制御装置７によって、前記複数の電気光学素子６ａ，６ｂの個々に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子を備えたパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法に関し、詳しくは、前記複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を伸長し、出力されるパルスレーザのピークエネルギーを低下させることができるパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルスレーザ発振器として、レーザ媒質、これを励起する励起用光源及びレーザ媒質が放射した光を往復増幅する共振器を有してパルスレーザ光を得る構成であって、レーザ媒質の片側に高反射率ミラーを、他方側に低反射率ミラーを配設してなる共振器間にＱスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を配設し、レーザ光を共振器内に完全に閉じ込めた状態でＱスイッチ発振を行わせ、共振器内に蓄積されたパルスレーザ光のピークレベル近傍で、続けてキャビティダンプ素子を動作させてキャビティダンプを行なわせることにより、共振器内部に蓄積されたエネルギーを瞬間的に外部に取り出すように構成されたものがあった（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６９１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記従来のパルスレーザ発振器においては、共振器内部に蓄積されたエネルギーが瞬間的に外部に取り出されるため、出力されるパルスレーザのピークエネルギーが大きくなりすぎ、レーザが照射される対象物を損傷するおそれがあった。
【０００５】
そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、パルス幅を伸長することにより、出力されるパルスレーザのピークエネルギーを低下させることができるパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明によるパルスレーザ発振器は、印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子と、前記複数の電気光学素子の個々に電圧を印加するとともに電圧を制御する電圧制御装置とを備えたパルスレーザ発振器であって、前記電圧制御装置によって、前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御するものである。
【０００７】
また、前記電圧制御装置は、前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させるものである。
【０００８】
さらに、前記電気光学素子を２つ備え、前記電圧制御装置によって、前記２つの電気光学素子にそれぞれ反対方向に電圧を印加するものである。
【０００９】
またさらに、前記複数の電気光学素子はポッケルスセルであり、さらにλ／４波長板を備えたものである。
【００１０】
本発明によるパルスレーザ発振制御方法は、印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子の個々に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させることにより、レーザ光の発振を制御するレーザ発振制御方法において、前記複数の電気光学素子に印加する電圧をそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御するものである。
【００１１】
また、前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させるものである。
【００１２】
さらに、前記電気光学素子は２つであって、それぞれ反対方向に電圧を印加するものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係るパルスレーザ発振器によれば、前記電圧制御装置によって、前記複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することができる。したがって、前記電圧制御装置によって複数の電気光学素子に印加する電圧を変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
また、複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させることができるため、各電気光学素子に印加する電圧をそれぞれ変化させることにより、複数の電気光学素子全体として、複雑な電圧の制御を容易に行うことができる。
さらに、レーザ光を分光するビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを使用せずにパルス幅を伸長させることができるため、パルスレーザ発振器をコンパクトに形成することができる。
またさらに、パルスレーザ発振器を使用する際に、上記ビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを調整する必要がないため、パルスレーザ発振器を使用するための作業が容易になる。
【００１４】
また、請求項２に係るパルスレーザ発振きによれば、前記電圧制御装置によって前記複数の電気光学素子に印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
【００１５】
さらに、請求項３に係るパルスレーザ発振器によれば、２つの電気光学素子に反対方向に電圧を印加することにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
【００１６】
またさらに、請求項４に係るパルスレーザ発振器によれば、λ／４波長板とポッケルスセルによって光を偏光させることができる。
【００１７】
請求項５に係るパルスレーザ発振制御方法によれば、前記複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することができる。したがって、複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを制御することができる。
また、複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させることができるため、各電気光学素子に印加する電圧をそれぞれ変化させることにより、複数の電気光学素子全体として、複雑な電圧の制御を容易に行うことができる。
さらに、このパルスレーザ発振制御方法を使用したパルスレーザ発振器は、レーザ光を分光するビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを使用せずにパルス幅を伸長させることができる。
またさらに、上記パルスレーザ発振器は、上記ビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを調整する必要がないため、使用の際の作業が容易になる。
【００１８】
また、請求項６に係るパルスレーザ発振制御方法によれば、前記複数の電気光学素子に印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを制御することができる。
【００１９】
さらに、請求項７に係るパルスレーザ発振制御方法によれば、２つの電気光学素子に反対方向に電圧を印加することにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるパルスレーザ発振器の実施形態における電圧非印加状態を示す概略図である。
【図２】前記パルスレーザ発振器の電圧印加状態を示す概略図である。
【図３】前記パルスレーザ発振器に備えられた２つのポッケルスセルに印加する電圧の合計の変化と、パルスレーザの出力エネルギーの関係の一例を示すグラフである。
【図４】図３に記載の関係の他の例を示すグラフである。
【図５】図３及び図４に記載の関係のさらに他の例を示すグラフである。
【図６】２つのポッケルスセルへの電圧の制御を模式的に示すグラフであり、（ａ）は２つのポッケルスセルにそれぞれ電圧を印加する制御、（ｂ）は（ａ）時における２つのポッケルスセルのトータル印加電圧を示すグラフである。
【図７】図６に記載の電圧の制御の他の例を示すグラフである。
【図８】前記ポッケルスセルに印加する電圧と、パルスレーザの出力エネルギーの関係の一例を示すグラフであり、（ａ）は１つのポッケルスセルにのみ電圧を印加する場合、（ｂ）は２つのポッケルスセルに同一方向に電圧を印加する場合を示すグラフである。
【図９】前記２つのポッケルスセルに同一方向に電圧を印加した場合と、反対方向に電圧を印加した場合と、に出力されるパルスレーザの出力エネルギーを比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるパルスレーザ発振器の実施形態を示す図である。このパルスレーザ発振器は、Ｑ値（後述する光共振器３内に蓄えられたエネルギー／光共振器３の外部に失われるエネルギー）を切り替えることによりジャイアントパルスを発生させるＱスイッチ法によりジャイアントパルスを発生させるＹＡＧレーザであって、ＹＡＧロッド１と、フラッシュランプ２と、光共振器３と、ポラライザー４と、λ／４波長板５と、第１ポッケルスセル６ａと、第２ポッケルスセル６ｂと、電圧制御装置７と、を備える。
【００２２】
前記ＹＡＧロッド１は、後述するフラッシュランプ２から光を照射されることにより光を放出し、放出した光を誘導放出により増幅させるものであって、図１に示すように、光軸Ｌに沿って光を放出する固体のレーザ媒質である。このＹＡＧロッド１のかわりに、Ｎｄ：ＹＡＧロッドやＥｒ：ＹＡＧロッドなどの他のレーザ媒質を使用してもよい。
【００２３】
ＹＡＧロッド１の側面（図１におけるＹＡＧロッド１の上側）にはフラッシュランプ２が設けられている。このフラッシュランプ２は、前記ＹＡＧロッド１に光を照射して、ＹＡＧロッド１からの光の放出を開始させるものであり、例えばキセノンフラッシュランプやレーザダイオードが使用される。
【００２４】
図１における前記ＹＡＧロッド１の左右の両側方には、フロントミラー３ａ及びリアミラー３ｂが設けられている。このフロントミラー３ａ及びリアミラー３ｂは、ＹＡＧロッド１から放出された光を２枚のミラー間で往復させるものであり、フロントミラー３ａとリアミラー３ｂとによって、ＹＡＧロッド１内で誘導放出を生じさせてコヒーレントな光を増幅させる光共振器３を構成している。
【００２５】
前記フロントミラー３ａは、入射光の一部を透過させる部分透過ミラーであって、ＹＡＧロッド１から放出される光の光軸Ｌ上のレーザ光が放出される側に設置される。Ｑスイッチ法により瞬間的に増幅されたレーザ光の一部が、このフロントミラー３ａを通じて光共振器３内から取り出される。
【００２６】
また、前記リアミラー３ｂは、ＹＡＧロッド１を挟んで前記フロントミラー３ａと反対側の光軸Ｌ上に設けられた全反射ミラーであり、フロントミラー３ａとの間で光軸Ｌ上の光を往復させる。
【００２７】
前記リアミラー３ｂと前記ＹＡＧロッド１との間の光軸Ｌ上には、ポラライザー４が設けられている。このポラライザー４は、入射光のうち、入射面に対して垂直な偏光成分であるｓ偏光を反射することにより、入射面に対して平行な偏光成分であるｐ偏光だけを透過させるものであって、前記Ｑスイッチ法におけるシャッターの役割を果たす偏光子である。ポラライザー４の材質は、ガラスやプラスチックであり、入射光の入射角θが、ｐ偏光の反射率が０になるブリュースター角となるように光軸Ｌに対して傾いて設置されている。このポラライザー４は、複数設けられてもよく、例えばＹＡＧロッド１とフロントミラー３ａとの間に、入射光の入射角がブリュースター角となるように光軸Ｌに対して傾いて設置されてもよい。また、ポラライザー４は、ｓ偏光又はｐ偏光のいずれか一方のみを透過させるものであればよく、上記のものの他にも、例えば偏光プリズムや偏光フィルタ等の偏光子を使用してもよい。
なお、以下の説明で使用するｓ偏光及びｐ偏光という語は、このポラライザー４に対するｓ偏光及びｐ偏光を指すものとする。
【００２８】
前記ポラライザー４と前記リアミラー３ｂとの間には、λ／４波長板５が設けられている。このλ／４波長板５は、入射光の偏光成分に９０°（π／２）の位相差を生じさせることにより、直線偏光（上記ｓ偏光又はｐ偏光）を円偏光に、円偏光を直線偏光に変換するものであって、図１に示すように、ポラライザー４の左側の光軸Ｌ上に設けられている。ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光は、このλ／４波長板５により円偏光に変換される。
【００２９】
前記λ／４波長板５と前記リアミラー３ｂとの間には、第１ポッケルスセル６ａと第２ポッケルスセル６ｂとが設けられている。これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂは、印加された電圧に応じて光を偏光する電気光学素子であって、図１に示すように、λ／４波長板５の左側の光軸Ｌ上に、λ／４波長板５側から第１ポッケルスセル６ａ、第２ポッケルスセル６ｂの順に設けられている。これら2つのポッケルスセル６ａ，６ｂは、電圧を印加されていない状態では光を偏光しないが、電圧を印加されると光を偏光し、その偏光の度合いは印加電圧に依存する。
【００３０】
前記第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂには、電圧制御装置７が電気的に接続されている。電圧制御装置７は、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂの個々に電圧を印加するとともに印加する電圧を制御するものであって、第１電圧印加回路８ａと、第２電圧印加回路８ｂと、第１制御回路９ａと、第２制御回路９ｂとからなる。
【００３１】
第１電圧印加回路８ａは、第１ポッケルスセル６ａに電圧を印加するものであって、第１ポッケルスセル６ａに電気的に接続されている。この第１電圧印加回路８ａには、第１電圧印加回路８ａによる第１ポッケルスセル６ａへの電圧の印加を制御することで、第１ポッケルスセル６ａに入射した光の偏光の度合いを変化させ、レーザ光の発振を制御する第１制御回路９ａが接続されている。
【００３２】
第２電圧印加回路８ｂは、第２ポッケルスセル６ｂに電圧を印加するものであって、第２ポッケルスセル６ｂに電気的に接続されている。この第２電圧印加回路８ｂには、第２電圧印加回路８ｂによる第２ポッケルスセル６ｂへの電圧の印加を制御することで、第２ポッケルスセル６ｂに入射した光の偏光の度合いを変化させ、レーザ光の発振を制御する第２制御回路９ｂが接続されている。
【００３３】
次に、このように構成されたパルスレーザ発振器の動作及びパルスレーザ発振制御方法について、図１〜図９を参照して説明する。
このパルスレーザ発振器によりパルスレーザを発振する際、まず、前記第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂは、第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂにそれぞれ信号を送り、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂへの印加電圧が０Ｖとなるように制御する。この状態で、前記フラッシュランプ２が発光し、ＹＡＧロッド１に光を照射すると、ＹＡＧロッド１内の一部の原子が励起状態となり、ＹＡＧロッド１から光軸Ｌに沿って光が放出される。ＹＡＧロッド１からポラライザー４の方向（矢印Ａの方向）に放出された光は、図１に示すように、ブリュースター角となる入射角θで前記ポラライザー４に入射する。入射した光のうち、ｐ偏光はポラライザー４を透過し、ｓ偏光及び円（又は楕円）偏光はポラライザー４により反射されて光軸Ｌの外方へ進む。
【００３４】
ポラライザー４を透過した前記ｐ偏光は、前記λ／４波長板５に入射して９０°（π／２）の位相差を生じ、円偏光に変換され、第１ポッケルスセル６ａに入射する。ここで、第１ポッケルスセル６ａには電圧が印加されていないため、入射光を偏光せずに透過させる。したがって、第１ポッケルスセル６ａに入射した上記円偏光は、図１に示すように、円偏光のまま第１ポッケルスセル６ａを透過する。透過した円偏光は第２ポッケルスセル６ｂについても上記と同様に円偏光のまま透過し、リアミラー３ｂで反射され、再度第２ポッケルスセル６ｂ及び第１ポッケルスセル６ａを透過し、λ／４波長板５に入射する。
【００３５】
円偏光がλ／４波長板５に入射すると、さらに９０°（π／２）の位相差を生じ、ｓ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が１８０°（π）ずれた状態）に変換され、ポラライザー４にブリュースター角となる入射角θで入射する。ポラライザー４は上述の通り、ｓ偏光を反射する機能を備えるため、入射した前記ｓ偏光はポラライザー４に反射されて光軸Ｌの外方へ進む。
【００３６】
このように、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧を印加しない状態においては、ＹＡＧロッド１から放出された光はポラライザー４により反射されてしまい、再びＹＡＧロッド１に入射しないため、光共振器３内での共振が発生せず、パルスレーザの発振が抑制される。
【００３７】
次に、前記ＹＡＧロッド１内の励起された原子の数が、パルスレーザとして出力したいエネルギーに必要な量となる（反転分布が十分大きくなる）まで上記の電圧非印加状態を維持した後、前記第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂが第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧を変化させる。第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂによって、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧が印加されると、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂは印加された電圧に応じて光を偏光する。これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂにそれぞれ所定の電圧を印加すると、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂは全体としてλ／４波長板として機能する。このとき、上記２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに印加する電圧の大きさ、方向、及び変化させるタイミングは、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、同一になるように制御されてもよく、また異なるように制御されてもよい。
【００３８】
第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧が印加された状態において、ＹＡＧロッド１からポラライザー４の方向（矢印Ａの方向）に放出された光は、図２に示すように、上記電圧非印加状態と同様、ｐ偏光のみポラライザー４を透過し、ｓ偏光及び円（楕円）偏光は、ポラライザー４に反射される。ポラライザー４を透過したｐ偏光は、λ／４波長板５により円偏光に変換され、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに入射する。第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに入射した円偏光は、電圧の印加により第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂが全体としてλ／４波長板として機能しているため、これら2つのポッケルスセル６ａ，６ｂを透過することで９０°（π／２）の位相差を生じ、ｓ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が１８０°（π）ずれた状態）に変換される。
【００３９】
このｓ偏光はリアミラー３ｂにより反射され、再度第２ポッケルスセル６ｂ及び第１ポッケルスセル６ａに入射し、さらに９０°の位相差を生じ、円偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が２７０°（３π／２）ずれた状態）に変換される。この円偏光は、λ／４波長板５に入射し、さらに９０°の位相差を生じ、ｐ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が３６０°（２π）ずれた状態）に変換される。
【００４０】
このｐ偏光は、ポラライザー４にブリュースター角となる入射角θで入射し、ポラライザー４を透過する。ポラライザー４を透過した光は、図２におけるＹＡＧロッド１の左側から入射し、ＹＡＧロッド１内で誘導放出を生じさせ、図２におけるＹＡＧロッド１の右側から放出され、フロントミラー３ａに反射され、ＹＡＧロッド１を図２における右側から左側に通過する。以下、同様の手順で光共振器３内を光が往復し、誘導放出により増幅されたコヒーレントな光の一部がフロントミラー３ａから矢印Ｂの方向にレーザとして出力される。
【００４１】
図３は、第１ポッケルスセル６ａにのみ電圧を印加する（第２ポッケルスセル６ｂには電圧を印加しない）場合における、第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧の変化と、出力されるパルスレーザの出力エネルギーの関係の一例を示すグラフである。本発明によるパルスレーザ発振器の実施形態において、第１制御回路９ａによって、第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧を、約０Ｖから約−４０００Ｖまで約１００ｎｓで変化させると、パルスレーザのピークエネルギーが約１３．０ｍＪ、パルス幅が約１０ｎｓとなっている。
【００４２】
また、図４は、図３に記載の関係の他の例を示すグラフである。本実施例においては、第１制御回路９ａによって、第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧の合計を、約０Ｖから約−３０００Ｖまで約８００ｎｓで上記図３に示す実施例より緩やかに変化させており、パルスレーザのピークエネルギーが約０．６ｍＪ、パルス幅が約７０ｎｓとなっている。このように、第１電圧印加回路８ａにより印加する電圧の変化率を、第１制御回路９ａによって小さくすることにより、パルスレーザのパルス幅を伸長させ、ピークエネルギーを低下させることができる。これは、第２ポッケルスセル６ｂにのみ電圧を印加する（第１ポッケルスセル６ａには電圧を印加しない）場合においても同様である。また、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂの両方に電圧を印加する場合であっても同様である。すなわち、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧を変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
【００４３】
さらに、図５は、図３及び図４に記載の関係のさらに他の例を示すグラフである。第１制御回路９ａによって、第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧を、約０Ｖから約−１５００Ｖまで約３００ｎｓで変化させた後、約−１５００Ｖから約−４５００Ｖまでさらに６００ｎｓで変化させている。
【００４４】
図５に示すように、約０Ｖから約−１５００Ｖまでの電圧の変化と、約−１５００Ｖから約−４５００Ｖまでの電圧の変化との間では、電圧の変化率が１回変化している。すなわち、図５における約−１５００Ｖ前後での電圧のグラフの勾配が変化している。このように、電圧の変化率を段階的に変化させると、第１制御回路９ａによって電圧の変化率を変化させる点（以下「制御点」という。）Ｃの後にもピークを生じさせることができる。本実施例においては、パルスレーザの第１のピークエネルギーが約０．５〜０．６ｍＪ、第２のピークエネルギーも同様に約０．５〜０．６ｍＪ、パルス幅が約１５０ｎｓとなっている。
【００４５】
このように、第１制御回路９ａによって第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。これは、第２ポッケルスセル６ｂにのみ電圧を印加する（第１ポッケルスセル６ａには電圧を印加しない）場合においても同様である。また、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂの両方に電圧を印加する場合であっても同様である。すなわち、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂが第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
なお、上記制御点Ｃの数は、所望のパルス幅及びピークエネルギーに応じて任意に決定すればよい。
【００４６】
図６は、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂへの電圧の制御を模式的に示すグラフである。図６（ａ）に示すように、第１制御回路９ａによって第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧を制御し、第２制御回路９ｂによって第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧を制御することによって、これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらすことができる。このように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらす電圧の制御は、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体として、図６（ｂ）に示すような、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂへのトータル印加電圧の変化率を段階的に１回変化させる（制御点Ｃが１つの）電圧の制御と等価である。すなわち、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらすことによって、一方のポッケルスセルに印加する電圧の変化率を段階的に変化させた場合と同様、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。この際、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂは、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させる必要がないため、制御が容易である。したがって、簡単な構造の制御回路を使用することができる。
【００４７】
また、図７（ａ）に示すように、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧を印加するタイミングをずらしつつ、印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させてもよい。このように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらしつつ、印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させる電圧の制御は、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体として、第１ポッケルスセル６ａ又は第２ポッケルスセル６ｂのいずれか一方に対する、図７（ｂ）のような電圧の変化率を段階的に３回変化させる（制御点Ｃが３つ）電圧の制御と等価である。
【００４８】
図６及び図７で示したように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに同一方向の電圧を印加する場合には、一方のポッケルスセルにのみ電圧を印加してλ／４波長板として機能させるために必要な電圧より低い電圧を２つのポッケルスセル６ａ，６ｂにそれぞれ印加することで、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体としてλ／４波長板として機能させることができる。
【００４９】
例えば、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂがともに、３．６ｋＶの電圧を印加することでλ／４波長板として機能するポッケルスセルであった場合、いずれか一方のポッケルスセルにのみ電圧を印加して（他方には電圧を印加しないで）、パルスレーザの出力エネルギーを１００％得るためには、電圧を印加する一方のポッケルスセルをλ／４波長板として機能させる必要があるため、図８（ａ）に示すように、３．６ｋＶの電圧を印加する必要がある。これに対して、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに同一方向かつ同じ大きさの電圧を印加して、パルスレーザの出力エネルギーを１００％得るためには、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体としてλ／４波長板として機能させればよいので、図８（ｂ）に示すように、１．８ｋＶの電圧を印加するだけでよい。すなわち、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに同一方向の電圧を印加する場合には、パルスレーザの出力エネルギーを１００％得るために必要な電圧を低下させることができる。
【００５０】
さらに、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに、反対方向に電圧を印加してもよい。図９に示すように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに同一方向に電圧を印加した場合の第１回目のピークＰ１のピークエネルギーは約０．６ｍＪであるのに対し、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を変化させるタイミングをずらして反対方向に電圧を印加した場合の第１回目のピークＰ２のピークエネルギーは約０．２ｍＪである。すなわち、電圧を変化さえるタイミングをずらして反対方向に電圧を印加すると、第１回目のピークエネルギーを低下させることができる。
【００５１】
なお、上記実施形態において、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂは、電圧の印加によりλ／４波長板として機能するポッケルスセルを用いたが、これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂは電圧の印加により全体としてλ／４波長板として機能するものであればよく、例えば電圧の印加によりλ／２波長板として機能するポッケルスセルや、ポッケルスセル以外の電気光学素子を使用することとしてもよい。
【００５２】
また、一方のポッケルスセルに所定の電圧を印加してλ／４波長板として機能させた状態で他方のポッケルスセルに印加する電圧を変化させたり、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体として所定の電圧を印加することによりλ／２波長板として機能させることによって、パルスレーザの発振を制御することとしてもよい。この場合、λ／４波長板５が不要となり、パルスレーザの部品点数を減少させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…ＹＡＧロッド
２…フラッシュランプ
３…光共振器
３ａ…フロントミラー
３ｂ…リアミラー
４…ポラライザー
５…λ／４波長板
６ａ…第１ポッケルスセル
６ｂ…第２ポッケルスセル
７…電圧制御装置
８ａ…第１電圧印加回路
８ｂ…第２電圧印加回路
９ａ…第１制御回路
９ｂ…第２制御回路
Ｂ…レーザの出力方向を示す矢印
Ｃ…制御点
Ｌ…光軸
θ…入射角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子を備えたパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法に関し、詳しくは、前記複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を伸長し、出力されるパルスレーザのピークエネルギーを低下させることができるパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルスレーザ発振器として、レーザ媒質、これを励起する励起用光源及びレーザ媒質が放射した光を往復増幅する共振器を有してパルスレーザ光を得る構成であって、レーザ媒質の片側に高反射率ミラーを、他方側に低反射率ミラーを配設してなる共振器間にＱスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を配設し、レーザ光を共振器内に完全に閉じ込めた状態でＱスイッチ発振を行わせ、共振器内に蓄積されたパルスレーザ光のピークレベル近傍で、続けてキャビティダンプ素子を動作させてキャビティダンプを行なわせることにより、共振器内部に蓄積されたエネルギーを瞬間的に外部に取り出すように構成されたものがあった（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６９１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記従来のパルスレーザ発振器においては、共振器内部に蓄積されたエネルギーが瞬間的に外部に取り出されるため、出力されるパルスレーザのピークエネルギーが大きくなりすぎ、レーザが照射される対象物を損傷するおそれがあった。
【０００５】
そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、パルス幅を伸長することにより、出力されるパルスレーザのピークエネルギーを低下させることができるパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明によるパルスレーザ発振器は、印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子と、前記複数の電気光学素子の個々に電圧を印加するとともに電圧を制御する電圧制御装置とを備えたパルスレーザ発振器であって、前記電圧制御装置によって、前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御するものである。
【０００７】
また、前記電圧制御装置は、前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させるものである。
【０００８】
さらに、前記電気光学素子を２つ備え、前記電圧制御装置によって、前記２つの電気光学素子にそれぞれ反対方向に電圧を印加するものである。
【０００９】
またさらに、前記複数の電気光学素子はポッケルスセルであり、さらにλ／４波長板を備えたものである。
【００１０】
本発明によるパルスレーザ発振制御方法は、印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子の個々に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させることにより、レーザ光の発振を制御するレーザ発振制御方法において、前記複数の電気光学素子に印加する電圧をそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御するものである。
【００１１】
また、前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させるものである。
【００１２】
さらに、前記電気光学素子は２つであって、それぞれ反対方向に電圧を印加するものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係るパルスレーザ発振器によれば、前記電圧制御装置によって、前記複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することができる。したがって、前記電圧制御装置によって複数の電気光学素子に印加する電圧を変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
また、複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させることができるため、各電気光学素子に印加する電圧をそれぞれ変化させることにより、複数の電気光学素子全体として、複雑な電圧の制御を容易に行うことができる。
さらに、レーザ光を分光するビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを使用せずにパルス幅を伸長させることができるため、パルスレーザ発振器をコンパクトに形成することができる。
またさらに、パルスレーザ発振器を使用する際に、上記ビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを調整する必要がないため、パルスレーザ発振器を使用するための作業が容易になる。
【００１４】
また、請求項２に係るパルスレーザ発振きによれば、前記電圧制御装置によって前記複数の電気光学素子に印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
【００１５】
さらに、請求項３に係るパルスレーザ発振器によれば、２つの電気光学素子に反対方向に電圧を印加することにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
【００１６】
またさらに、請求項４に係るパルスレーザ発振器によれば、λ／４波長板とポッケルスセルによって光を偏光させることができる。
【００１７】
請求項５に係るパルスレーザ発振制御方法によれば、前記複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することができる。したがって、複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを制御することができる。
また、複数の電気光学素子に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させることができるため、各電気光学素子に印加する電圧をそれぞれ変化させることにより、複数の電気光学素子全体として、複雑な電圧の制御を容易に行うことができる。
さらに、このパルスレーザ発振制御方法を使用したパルスレーザ発振器は、レーザ光を分光するビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを使用せずにパルス幅を伸長させることができる。
またさらに、上記パルスレーザ発振器は、上記ビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを調整する必要がないため、使用の際の作業が容易になる。
【００１８】
また、請求項６に係るパルスレーザ発振制御方法によれば、前記複数の電気光学素子に印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを制御することができる。
【００１９】
さらに、請求項７に係るパルスレーザ発振制御方法によれば、２つの電気光学素子に反対方向に電圧を印加することにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるパルスレーザ発振器の実施形態における電圧非印加状態を示す概略図である。
【図２】前記パルスレーザ発振器の電圧印加状態を示す概略図である。
【図３】前記パルスレーザ発振器に備えられた２つのポッケルスセルに印加する電圧の合計の変化と、パルスレーザの出力エネルギーの関係の一例を示すグラフである。
【図４】図３に記載の関係の他の例を示すグラフである。
【図５】図３及び図４に記載の関係のさらに他の例を示すグラフである。
【図６】２つのポッケルスセルへの電圧の制御を模式的に示すグラフであり、（ａ）は２つのポッケルスセルにそれぞれ電圧を印加する制御、（ｂ）は（ａ）時における２つのポッケルスセルのトータル印加電圧を示すグラフである。
【図７】図６に記載の電圧の制御の他の例を示すグラフである。
【図８】前記ポッケルスセルに印加する電圧と、パルスレーザの出力エネルギーの関係の一例を示すグラフであり、（ａ）は１つのポッケルスセルにのみ電圧を印加する場合、（ｂ）は２つのポッケルスセルに同一方向に電圧を印加する場合を示すグラフである。
【図９】前記２つのポッケルスセルに同一方向に電圧を印加した場合と、反対方向に電圧を印加した場合と、に出力されるパルスレーザの出力エネルギーを比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるパルスレーザ発振器の実施形態を示す図である。このパルスレーザ発振器は、Ｑ値（後述する光共振器３内に蓄えられたエネルギー／光共振器３の外部に失われるエネルギー）を切り替えることによりジャイアントパルスを発生させるＱスイッチ法によりジャイアントパルスを発生させるＹＡＧレーザであって、ＹＡＧロッド１と、フラッシュランプ２と、光共振器３と、ポラライザー４と、λ／４波長板５と、第１ポッケルスセル６ａと、第２ポッケルスセル６ｂと、電圧制御装置７と、を備える。
【００２２】
前記ＹＡＧロッド１は、後述するフラッシュランプ２から光を照射されることにより光を放出し、放出した光を誘導放出により増幅させるものであって、図１に示すように、光軸Ｌに沿って光を放出する固体のレーザ媒質である。このＹＡＧロッド１のかわりに、Ｎｄ：ＹＡＧロッドやＥｒ：ＹＡＧロッドなどの他のレーザ媒質を使用してもよい。
【００２３】
ＹＡＧロッド１の側面（図１におけるＹＡＧロッド１の上側）にはフラッシュランプ２が設けられている。このフラッシュランプ２は、前記ＹＡＧロッド１に光を照射して、ＹＡＧロッド１からの光の放出を開始させるものであり、例えばキセノンフラッシュランプやレーザダイオードが使用される。
【００２４】
図１における前記ＹＡＧロッド１の左右の両側方には、フロントミラー３ａ及びリアミラー３ｂが設けられている。このフロントミラー３ａ及びリアミラー３ｂは、ＹＡＧロッド１から放出された光を２枚のミラー間で往復させるものであり、フロントミラー３ａとリアミラー３ｂとによって、ＹＡＧロッド１内で誘導放出を生じさせてコヒーレントな光を増幅させる光共振器３を構成している。
【００２５】
前記フロントミラー３ａは、入射光の一部を透過させる部分透過ミラーであって、ＹＡＧロッド１から放出される光の光軸Ｌ上のレーザ光が放出される側に設置される。Ｑスイッチ法により瞬間的に増幅されたレーザ光の一部が、このフロントミラー３ａを通じて光共振器３内から取り出される。
【００２６】
また、前記リアミラー３ｂは、ＹＡＧロッド１を挟んで前記フロントミラー３ａと反対側の光軸Ｌ上に設けられた全反射ミラーであり、フロントミラー３ａとの間で光軸Ｌ上の光を往復させる。
【００２７】
前記リアミラー３ｂと前記ＹＡＧロッド１との間の光軸Ｌ上には、ポラライザー４が設けられている。このポラライザー４は、入射光のうち、入射面に対して垂直な偏光成分であるｓ偏光を反射することにより、入射面に対して平行な偏光成分であるｐ偏光だけを透過させるものであって、前記Ｑスイッチ法におけるシャッターの役割を果たす偏光子である。ポラライザー４の材質は、ガラスやプラスチックであり、入射光の入射角θが、ｐ偏光の反射率が０になるブリュースター角となるように光軸Ｌに対して傾いて設置されている。このポラライザー４は、複数設けられてもよく、例えばＹＡＧロッド１とフロントミラー３ａとの間に、入射光の入射角がブリュースター角となるように光軸Ｌに対して傾いて設置されてもよい。また、ポラライザー４は、ｓ偏光又はｐ偏光のいずれか一方のみを透過させるものであればよく、上記のものの他にも、例えば偏光プリズムや偏光フィルタ等の偏光子を使用してもよい。
なお、以下の説明で使用するｓ偏光及びｐ偏光という語は、このポラライザー４に対するｓ偏光及びｐ偏光を指すものとする。
【００２８】
前記ポラライザー４と前記リアミラー３ｂとの間には、λ／４波長板５が設けられている。このλ／４波長板５は、入射光の偏光成分に９０°（π／２）の位相差を生じさせることにより、直線偏光（上記ｓ偏光又はｐ偏光）を円偏光に、円偏光を直線偏光に変換するものであって、図１に示すように、ポラライザー４の左側の光軸Ｌ上に設けられている。ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光は、このλ／４波長板５により円偏光に変換される。
【００２９】
前記λ／４波長板５と前記リアミラー３ｂとの間には、第１ポッケルスセル６ａと第２ポッケルスセル６ｂとが設けられている。これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂは、印加された電圧に応じて光を偏光する電気光学素子であって、図１に示すように、λ／４波長板５の左側の光軸Ｌ上に、λ／４波長板５側から第１ポッケルスセル６ａ、第２ポッケルスセル６ｂの順に設けられている。これら2つのポッケルスセル６ａ，６ｂは、電圧を印加されていない状態では光を偏光しないが、電圧を印加されると光を偏光し、その偏光の度合いは印加電圧に依存する。
【００３０】
前記第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂには、電圧制御装置７が電気的に接続されている。電圧制御装置７は、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂの個々に電圧を印加するとともに印加する電圧を制御するものであって、第１電圧印加回路８ａと、第２電圧印加回路８ｂと、第１制御回路９ａと、第２制御回路９ｂとからなる。
【００３１】
第１電圧印加回路８ａは、第１ポッケルスセル６ａに電圧を印加するものであって、第１ポッケルスセル６ａに電気的に接続されている。この第１電圧印加回路８ａには、第１電圧印加回路８ａによる第１ポッケルスセル６ａへの電圧の印加を制御することで、第１ポッケルスセル６ａに入射した光の偏光の度合いを変化させ、レーザ光の発振を制御する第１制御回路９ａが接続されている。
【００３２】
第２電圧印加回路８ｂは、第２ポッケルスセル６ｂに電圧を印加するものであって、第２ポッケルスセル６ｂに電気的に接続されている。この第２電圧印加回路８ｂには、第２電圧印加回路８ｂによる第２ポッケルスセル６ｂへの電圧の印加を制御することで、第２ポッケルスセル６ｂに入射した光の偏光の度合いを変化させ、レーザ光の発振を制御する第２制御回路９ｂが接続されている。
【００３３】
次に、このように構成されたパルスレーザ発振器の動作及びパルスレーザ発振制御方法について、図１〜図９を参照して説明する。
このパルスレーザ発振器によりパルスレーザを発振する際、まず、前記第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂは、第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂにそれぞれ信号を送り、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂへの印加電圧が０Ｖとなるように制御する。この状態で、前記フラッシュランプ２が発光し、ＹＡＧロッド１に光を照射すると、ＹＡＧロッド１内の一部の原子が励起状態となり、ＹＡＧロッド１から光軸Ｌに沿って光が放出される。ＹＡＧロッド１からポラライザー４の方向（矢印Ａの方向）に放出された光は、図１に示すように、ブリュースター角となる入射角θで前記ポラライザー４に入射する。入射した光のうち、ｐ偏光はポラライザー４を透過し、ｓ偏光及び円（又は楕円）偏光はポラライザー４により反射されて光軸Ｌの外方へ進む。
【００３４】
ポラライザー４を透過した前記ｐ偏光は、前記λ／４波長板５に入射して９０°（π／２）の位相差を生じ、円偏光に変換され、第１ポッケルスセル６ａに入射する。ここで、第１ポッケルスセル６ａには電圧が印加されていないため、入射光を偏光せずに透過させる。したがって、第１ポッケルスセル６ａに入射した上記円偏光は、図１に示すように、円偏光のまま第１ポッケルスセル６ａを透過する。透過した円偏光は第２ポッケルスセル６ｂについても上記と同様に円偏光のまま透過し、リアミラー３ｂで反射され、再度第２ポッケルスセル６ｂ及び第１ポッケルスセル６ａを透過し、λ／４波長板５に入射する。
【００３５】
円偏光がλ／４波長板５に入射すると、さらに９０°（π／２）の位相差を生じ、ｓ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が１８０°（π）ずれた状態）に変換され、ポラライザー４にブリュースター角となる入射角θで入射する。ポラライザー４は上述の通り、ｓ偏光を反射する機能を備えるため、入射した前記ｓ偏光はポラライザー４に反射されて光軸Ｌの外方へ進む。
【００３６】
このように、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧を印加しない状態においては、ＹＡＧロッド１から放出された光はポラライザー４により反射されてしまい、再びＹＡＧロッド１に入射しないため、光共振器３内での共振が発生せず、パルスレーザの発振が抑制される。
【００３７】
次に、前記ＹＡＧロッド１内の励起された原子の数が、パルスレーザとして出力したいエネルギーに必要な量となる（反転分布が十分大きくなる）まで上記の電圧非印加状態を維持した後、前記第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂが第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧を変化させる。第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂによって、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧が印加されると、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂは印加された電圧に応じて光を偏光する。これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂにそれぞれ所定の電圧を印加すると、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂは全体としてλ／４波長板として機能する。このとき、上記２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに印加する電圧の大きさ、方向、及び変化させるタイミングは、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、同一になるように制御されてもよく、また異なるように制御されてもよい。
【００３８】
第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧が印加された状態において、ＹＡＧロッド１からポラライザー４の方向（矢印Ａの方向）に放出された光は、図２に示すように、上記電圧非印加状態と同様、ｐ偏光のみポラライザー４を透過し、ｓ偏光及び円（楕円）偏光は、ポラライザー４に反射される。ポラライザー４を透過したｐ偏光は、λ／４波長板５により円偏光に変換され、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに入射する。第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに入射した円偏光は、電圧の印加により第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂが全体としてλ／４波長板として機能しているため、これら2つのポッケルスセル６ａ，６ｂを透過することで９０°（π／２）の位相差を生じ、ｓ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が１８０°（π）ずれた状態）に変換される。
【００３９】
このｓ偏光はリアミラー３ｂにより反射され、再度第２ポッケルスセル６ｂ及び第１ポッケルスセル６ａに入射し、さらに９０°の位相差を生じ、円偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が２７０°（３π／２）ずれた状態）に変換される。この円偏光は、λ／４波長板５に入射し、さらに９０°の位相差を生じ、ｐ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が３６０°（２π）ずれた状態）に変換される。
【００４０】
このｐ偏光は、ポラライザー４にブリュースター角となる入射角θで入射し、ポラライザー４を透過する。ポラライザー４を透過した光は、図２におけるＹＡＧロッド１の左側から入射し、ＹＡＧロッド１内で誘導放出を生じさせ、図２におけるＹＡＧロッド１の右側から放出され、フロントミラー３ａに反射され、ＹＡＧロッド１を図２における右側から左側に通過する。以下、同様の手順で光共振器３内を光が往復し、誘導放出により増幅されたコヒーレントな光の一部がフロントミラー３ａから矢印Ｂの方向にレーザとして出力される。
【００４１】
図３は、第１ポッケルスセル６ａにのみ電圧を印加する（第２ポッケルスセル６ｂには電圧を印加しない）場合における、第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧の変化と、出力されるパルスレーザの出力エネルギーの関係の一例を示すグラフである。本発明によるパルスレーザ発振器の実施形態において、第１制御回路９ａによって、第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧を、約０Ｖから約−４０００Ｖまで約１００ｎｓで変化させると、パルスレーザのピークエネルギーが約１３．０ｍＪ、パルス幅が約１０ｎｓとなっている。
【００４２】
また、図４は、図３に記載の関係の他の例を示すグラフである。本実施例においては、第１制御回路９ａによって、第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧の合計を、約０Ｖから約−３０００Ｖまで約８００ｎｓで上記図３に示す実施例より緩やかに変化させており、パルスレーザのピークエネルギーが約０．６ｍＪ、パルス幅が約７０ｎｓとなっている。このように、第１電圧印加回路８ａにより印加する電圧の変化率を、第１制御回路９ａによって小さくすることにより、パルスレーザのパルス幅を伸長させ、ピークエネルギーを低下させることができる。これは、第２ポッケルスセル６ｂにのみ電圧を印加する（第１ポッケルスセル６ａには電圧を印加しない）場合においても同様である。また、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂの両方に電圧を印加する場合であっても同様である。すなわち、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧を変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
【００４３】
さらに、図５は、図３及び図４に記載の関係のさらに他の例を示すグラフである。第１制御回路９ａによって、第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧を、約０Ｖから約−１５００Ｖまで約３００ｎｓで変化させた後、約−１５００Ｖから約−４５００Ｖまでさらに６００ｎｓで変化させている。
【００４４】
図５に示すように、約０Ｖから約−１５００Ｖまでの電圧の変化と、約−１５００Ｖから約−４５００Ｖまでの電圧の変化との間では、電圧の変化率が１回変化している。すなわち、図５における約−１５００Ｖ前後での電圧のグラフの勾配が変化している。このように、電圧の変化率を段階的に変化させると、第１制御回路９ａによって電圧の変化率を変化させる点（以下「制御点」という。）Ｃの後にもピークを生じさせることができる。本実施例においては、パルスレーザの第１のピークエネルギーが約０．５〜０．６ｍＪ、第２のピークエネルギーも同様に約０．５〜０．６ｍＪ、パルス幅が約１５０ｎｓとなっている。
【００４５】
このように、第１制御回路９ａによって第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。これは、第２ポッケルスセル６ｂにのみ電圧を印加する（第１ポッケルスセル６ａには電圧を印加しない）場合においても同様である。また、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂの両方に電圧を印加する場合であっても同様である。すなわち、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂが第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
なお、上記制御点Ｃの数は、所望のパルス幅及びピークエネルギーに応じて任意に決定すればよい。
【００４６】
図６は、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂへの電圧の制御を模式的に示すグラフである。図６（ａ）に示すように、第１制御回路９ａによって第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧を制御し、第２制御回路９ｂによって第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧を制御することによって、これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらすことができる。このように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらす電圧の制御は、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体として、図６（ｂ）に示すような、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂへのトータル印加電圧の変化率を段階的に１回変化させる（制御点Ｃが１つの）電圧の制御と等価である。すなわち、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらすことによって、一方のポッケルスセルに印加する電圧の変化率を段階的に変化させた場合と同様、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。この際、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂは、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させる必要がないため、制御が容易である。したがって、簡単な構造の制御回路を使用することができる。
【００４７】
また、図７（ａ）に示すように、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧を印加するタイミングをずらしつつ、印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させてもよい。このように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらしつつ、印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させる電圧の制御は、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体として、第１ポッケルスセル６ａ又は第２ポッケルスセル６ｂのいずれか一方に対する、図７（ｂ）のような電圧の変化率を段階的に３回変化させる（制御点Ｃが３つ）電圧の制御と等価である。
【００４８】
図６及び図７で示したように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに同一方向の電圧を印加する場合には、一方のポッケルスセルにのみ電圧を印加してλ／４波長板として機能させるために必要な電圧より低い電圧を２つのポッケルスセル６ａ，６ｂにそれぞれ印加することで、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体としてλ／４波長板として機能させることができる。
【００４９】
例えば、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂがともに、３．６ｋＶの電圧を印加することでλ／４波長板として機能するポッケルスセルであった場合、いずれか一方のポッケルスセルにのみ電圧を印加して（他方には電圧を印加しないで）、パルスレーザの出力エネルギーを１００％得るためには、電圧を印加する一方のポッケルスセルをλ／４波長板として機能させる必要があるため、図８（ａ）に示すように、３．６ｋＶの電圧を印加する必要がある。これに対して、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに同一方向かつ同じ大きさの電圧を印加して、パルスレーザの出力エネルギーを１００％得るためには、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体としてλ／４波長板として機能させればよいので、図８（ｂ）に示すように、１．８ｋＶの電圧を印加するだけでよい。すなわち、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに同一方向の電圧を印加する場合には、パルスレーザの出力エネルギーを１００％得るために必要な電圧を低下させることができる。
【００５０】
さらに、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに、反対方向に電圧を印加してもよい。図９に示すように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに同一方向に電圧を印加した場合の第１回目のピークＰ１のピークエネルギーは約０．６ｍＪであるのに対し、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を変化させるタイミングをずらして反対方向に電圧を印加した場合の第１回目のピークＰ２のピークエネルギーは約０．２ｍＪである。すなわち、電圧を変化さえるタイミングをずらして反対方向に電圧を印加すると、第１回目のピークエネルギーを低下させることができる。
【００５１】
なお、上記実施形態において、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂは、電圧の印加によりλ／４波長板として機能するポッケルスセルを用いたが、これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂは電圧の印加により全体としてλ／４波長板として機能するものであればよく、例えば電圧の印加によりλ／２波長板として機能するポッケルスセルや、ポッケルスセル以外の電気光学素子を使用することとしてもよい。
【００５２】
また、一方のポッケルスセルに所定の電圧を印加してλ／４波長板として機能させた状態で他方のポッケルスセルに印加する電圧を変化させたり、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体として所定の電圧を印加することによりλ／２波長板として機能させることによって、パルスレーザの発振を制御することとしてもよい。この場合、λ／４波長板５が不要となり、パルスレーザの部品点数を減少させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…ＹＡＧロッド
２…フラッシュランプ
３…光共振器
３ａ…フロントミラー
３ｂ…リアミラー
４…ポラライザー
５…λ／４波長板
６ａ…第１ポッケルスセル
６ｂ…第２ポッケルスセル
７…電圧制御装置
８ａ…第１電圧印加回路
８ｂ…第２電圧印加回路
９ａ…第１制御回路
９ｂ…第２制御回路
Ｂ…レーザの出力方向を示す矢印
Ｃ…制御点
Ｌ…光軸
θ…入射角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子と、前記複数の電気光学素子の個々に電圧を印加するとともに電圧を制御する電圧制御装置とを備えたパルスレーザ発振器であって、
前記電圧制御装置によって、前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することを特徴とするパルスレーザ発振器。
【請求項２】
前記電圧制御装置は、前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させることを特徴とする請求項１に記載のパルスレーザ発振器。
【請求項３】
前記電気光学素子を２つ備え、前記電圧制御装置によって、前記２つの電気光学素子にそれぞれ反対方向に電圧を印加することを特徴とする請求項１又は２に記載のパルスレーザ発振器。
【請求項４】
前記複数の電気光学素子はポッケルスセルであり、さらにλ／４波長板を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパルスレーザ発振器。
【請求項５】
印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子の個々に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させることにより、レーザ光の発振を制御するレーザ発振制御方法において、
前記複数の電気光学素子に印加する電圧をそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することを特徴とするパルスレーザ発振制御方法。
【請求項６】
前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させることを特徴とする請求項５に記載のパルスレーザ発振制御方法。
【請求項７】
前記電気光学素子は２つであって、それぞれ反対方向に電圧を印加することを特徴とする請求項５又は６に記載のパルスレーザ発振制御方法。
【請求項１】
印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子と、前記複数の電気光学素子の個々に電圧を印加するとともに電圧を制御する電圧制御装置とを備えたパルスレーザ発振器であって、
前記電圧制御装置によって、前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することを特徴とするパルスレーザ発振器。
【請求項２】
前記電圧制御装置は、前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させることを特徴とする請求項１に記載のパルスレーザ発振器。
【請求項３】
前記電気光学素子を２つ備え、前記電圧制御装置によって、前記２つの電気光学素子にそれぞれ反対方向に電圧を印加することを特徴とする請求項１又は２に記載のパルスレーザ発振器。
【請求項４】
前記複数の電気光学素子はポッケルスセルであり、さらにλ／４波長板を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパルスレーザ発振器。
【請求項５】
印加された電圧に応じて光を偏光する複数の電気光学素子の個々に印加する電圧を経時的にそれぞれ変化させることにより、レーザ光の発振を制御するレーザ発振制御方法において、
前記複数の電気光学素子に印加する電圧をそれぞれ変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することを特徴とするパルスレーザ発振制御方法。
【請求項６】
前記複数の電気光学素子の個々に印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させることを特徴とする請求項５に記載のパルスレーザ発振制御方法。
【請求項７】
前記電気光学素子は２つであって、それぞれ反対方向に電圧を印加することを特徴とする請求項５又は６に記載のパルスレーザ発振制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２１２６８（Ｐ２０１３−２１２６８Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５７３５（Ｐ２０１１−１５５７３５）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（５００１７１７０７）株式会社ブイ・テクノロジー (283)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（５００１７１７０７）株式会社ブイ・テクノロジー (283)
【Ｆターム（参考）】
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