パルス幅拡張装置
【課題】
部品点数の増加を抑えて小型に形成可能なパルス幅拡張装置を提供する。
【解決手段】
入射したパルスレーザを分割する偏光ビームスプリッター１と、印加された電圧に応じて入射したパルスレーザを偏光する電気光学素子２ａ，２ｂと、前記電気光学素子に電圧を印加するとともにその電圧を制御することで、前記電気光学素子に入射したパルスレーザの偏光を制御する偏光制御手段３と、前記電気光学素子を通過したパルスレーザを反射し、前記偏光ビームスプリッターに入射させる複数のミラー４ａ，４ｂ，４ｃを備え、パルスレーザを再度前記電気光学素子に入射させる光路を形成する光路形成手段４と、を含んで構成され、前記偏光ビームスプリッターにより分割されたパルスレーザを、前記光路を周回させて位相をずらし、この位相のずれたパルスレーザを重ね合わせることでパルス幅を拡張するものである。
部品点数の増加を抑えて小型に形成可能なパルス幅拡張装置を提供する。
【解決手段】
入射したパルスレーザを分割する偏光ビームスプリッター１と、印加された電圧に応じて入射したパルスレーザを偏光する電気光学素子２ａ，２ｂと、前記電気光学素子に電圧を印加するとともにその電圧を制御することで、前記電気光学素子に入射したパルスレーザの偏光を制御する偏光制御手段３と、前記電気光学素子を通過したパルスレーザを反射し、前記偏光ビームスプリッターに入射させる複数のミラー４ａ，４ｂ，４ｃを備え、パルスレーザを再度前記電気光学素子に入射させる光路を形成する光路形成手段４と、を含んで構成され、前記偏光ビームスプリッターにより分割されたパルスレーザを、前記光路を周回させて位相をずらし、この位相のずれたパルスレーザを重ね合わせることでパルス幅を拡張するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザのパルス幅を拡張するパルス幅拡張装置に関し、詳しくは、偏光ビームスプリッターにより分割されたパルスレーザ間の位相のずれを、偏光制御手段による電気光学素子への印加電圧の制御によって生じさせることにより、部品点数の増加を抑えて小型に形成可能なパルス幅拡張装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルス幅拡張装置として、入射されたパルスレーザを２つのパルスレーザに分岐する第１のビームスプリッターと、この第１のビームスプリッターで分岐された一方のパルスレーザが入射される遅延光学系と、この遅延光学系を通過した一方のパルスレーザおよび他方のパルスレーザを合成する第２のビームスプリッターとを有するものがあった（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このようなパルス幅拡張装置は、第１のビームスプリッターで分岐されたパルスレーザのうち、遅延光学系に入射して光路長を延長されたパルスレーザと他方のパルスレーザとを第２のビームスプリッターで合成することにより、位相のずれたパルスレーザを重ね合わせ、パルスレーザのパルス幅を拡張するものであった。
【０００４】
また、従来の他のパルス幅拡張装置として、図８に示すように、レーザ発振器１０から入射されたパルスレーザを反射して光路を形成する、対向して配置された複数の全反射ミラー２１と、対向して配置されたそれぞれの全反射ミラー２１間の光路の中間に配置された複数の部分透過ミラー２２と、を備えたものがあった。
【０００５】
このようなパルス幅拡張装置２０に入射されたパルスレーザは、複数の部分透過ミラー２２において、部分透過ミラー２２を透過するパルスレーザと反射されるパルスレーザとに分割される。このようなパルスレーザの分割は、複数の部分透過ミラー２２ごとに生じる。これらの分割された複数のパルスレーザは、分割が生じた部分透過ミラー２２の位置に応じて光路長がそれぞれ異なるため、これらのパルスレーザの位相は異なったものとなる。したがって、このようなパルス幅拡張装置２０から出力されるパルスレーザは、位相のずれたパルスレーザが重ね合わされたものとなり、パルスレーザのパルス幅は拡張して出力される。
【０００６】
例えば、このようなパルス幅拡張装置２０に、図９（ａ）に示すようなパルスレーザが入射された場合、出力されるパルスレーザは、図９（ｂ）に示すように、時間的遅延が加えられた複数の位相の異なるパルスレーザが重ね合わされたものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１４２５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図８に示すパルス幅拡張装置２０においては、図９（ｂ）に示すような、パルスレーザのパルス幅、複数の位相の異なるパルスレーザの数（すなわち重ね合わされるパルスレーザの数）、それらのパルスレーザ間の時間的遅延（位相のずれ）、及びそれぞれのパルスレーザのピークエネルギーは、対向して配置された全反射ミラー２１間の距離や、全反射ミラー２１及び部分透過ミラー２２を配置する個数に応じて変化する。そのため、パルスレーザのパルス幅を拡張するために、全反射ミラー２１及び部分透過ミラー２２を配置する個数を増加させる必要が生じ、パルス幅拡張装置２０の外形サイズが大きくなるおそれがあった。
【０００９】
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、部品点数の増加を抑えて小型に形成可能なパルス幅拡張装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明によるパルス幅拡張装置は、入射したパルスレーザの偏光成分のうち、入射面に対して垂直な偏光成分を反射し、水平な偏光成分を通過させることによって、パルスレーザを分割する偏光ビームスプリッターと、前記偏光ビームスプリッターを通過して入射したパルスレーザを、印加された電圧に応じて偏光する電気光学素子と、前記電気光学素子に電圧を印加するとともにその電圧を制御することで、前記電気光学素子に入射したパルスレーザの偏光を制御する偏光制御手段と、前記電気光学素子を通過したパルスレーザを反射し、前記偏光ビームスプリッターに入射させる複数のミラーを備え、この偏光ビームスプリッターに入射したパルスレーザのうち、偏光ビームスプリッターに反射されたパルスレーザを再度前記電気光学素子に入射させる光路を形成する光路形成手段と、を含んで構成され、前記偏光ビームスプリッターにより分割されたパルスレーザを、前記光路を周回させて位相をずらし、この位相のずれたパルスレーザを重ね合わせることでパルス幅を拡張するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるパルス幅拡張装置によれば、偏光ビームスプリッターにより分割されたパルスレーザを、光路形成手段により形成された光路を周回させて位相をずらし、この位相のずれたパルスレーザを重ね合わせて出力することによりパルスレーザのパルス幅を拡張することができる。
【００１２】
この際、重ね合わせられるパルスレーザの位相のずれは、偏光制御手段による電気光学素子への印加電圧の制御によって生じるので、パルスレーザのパルス幅を拡張するために部品点数を増加させる必要がない。したがって、パルス幅拡張装置の外形サイズを小型に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるパルス幅拡張装置の実施形態を示す概略図である。
【図２】レーザ発振器と前記パルス幅拡張装置の制御を示すブロック図である。
【図３】図２の制御信号を示すタイミングチャートである。
【図４】前記パルス幅拡張装置のポッケルスセルへの印加電圧をパルスレーザがポッケルスセルに入射するタイミングと関係づけて示すグラフであり、（ａ）は第１ポッケルスセルへの印加電圧、（ｂ）は第２ポッケルスセルへの印加電圧、（ｃ）はそれらの合計電圧を示すグラフである。
【図５】前記ポッケルスセルへ印加した合計電圧を示すグラフである。
【図６】図５に示す合計電圧を前記ポッケルスセルへ印加した際に、前記パルス幅拡張装置からの出力パルスを示すグラフであって、（ａ）は実際の出力パルス、（ｂ）は（ａ）の出力パルスを位相の異なるパルスごとに示したグラフである。
【図７】本発明によるパルス幅拡張装置の他の実施形態を示す概略図である。
【図８】従来のパルス幅拡張装置の一例を示す概略図である。
【図９】パルスレーザのパルス形状を示すグラフであって、（ａ）は前記従来のパルス幅拡張装置への入力パルス、（ｂ）は前記従来のパルス幅拡張装置からの出力パルスを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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幅拡張装置の実施形態を示す図である。このパルス幅拡張装置は、入射したパルスレーザを分割して位相をずらし、この位相のずれたパルスレーザを重ね合わせることでパルス幅を拡張するもので、偏光ビームスプリッター１と、第１ポッケルスセル２ａと、第２ポッケルスセル２ｂと、偏光制御手段３と、光路形成手段４とからなる。
【００１５】
前記偏光ビームスプリッター１は、入射したパルスレーザの偏光成分のうち、入射面に対して垂直な偏光成分（以下「ｓ偏光」という。）を反射し、水平な偏光成分（以下「ｐ偏光」という。）を通過させるものであって、パルス幅拡張装置に入射したパルスレーザの光軸Ｌ上に設けられている。この偏光ビームスプリッター１として、図１に示すように、直角プリズムを２つ貼り合わせ、それらの接合面に誘電体多層膜や金属薄膜のコーティングを施したキューブ型の偏光ビームスプリッター１が使用されている。
【００１６】
図１に示すように、偏光ビームスプリッター１のパルスレーザが通過する側の光軸Ｌ上には、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂが設けられている。この第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂは、印加された電圧に応じてパルスレーザを偏光する電気光学素子であって、図１の左側から第１ポッケルスセル２ａ、第２ポッケルスセル２ｂの順に配置されている。第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂは、電圧を印加されない状態ではパルスレーザを偏光せず、電圧を印加されると、印加された電圧に応じてパルスレーザを偏光する。この第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに所定の電圧を印加することにより、例えば、パルスレーザを１８０°（π）偏光させることができる。
【００１７】
この第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂには、偏光制御手段３が電気的に接続されている。この偏光制御手段３は、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに電圧を印加するとともに印加する電圧を制御することで、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射したパルスレーザの偏光を制御するものであって、図１に示すように、第１電圧印加回路３ａと、第２電圧印加回路３ｂと、パルスジェネレータ３ｃとから構成されている。
【００１８】
前記第１電圧印加回路３ａは、第１ポッケルスセル２ａに電圧を印加するものであって、第１ポッケルスセル２ａに電気的に接続されている。また、前記第２電圧印加回路３ｂは、第２ポッケルスセル２ｂに電圧を印加するものであって、第２ポッケルスセル２ｂに電気的に接続されている。
【００１９】
そして、前記パルスジェネレータ３ｃは、前記第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂに、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂそれぞれへの電圧の印加を開始させる、又は終了させる信号を送信するものであって、第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂに電気的に接続されている。このパルスジェネレータ３ｃは、前記信号を第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂにそれぞれ別個に送信可能であり、例えば、電圧の印加を開始させる信号を、第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂにタイミングをずらして送信することができる。
【００２０】
また、このパルスジェネレータ３ｃは、図２に示すように、パルス幅拡張装置に入射されるパルスレーザを出力するレーザ発振器６、及びレーザ発振器６を制御するために外部から信号を入力するコントロールパネル５に電気的に接続されており、コントロールパネル５から入力された信号に基づき、レーザ発振器６の発振動作と第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂへの電圧の印加のタイミングを同期させることができる。
【００２１】
前記第２ポッケルスセル２ｂのパルスレーザが通過側の光軸Ｌ上には、光路形成手段４が設けられている。この光路形成手段４は、第２ポッケルスセル２ｂを通過したパルスレーザを反射し、前記偏光ビームスプリッター１に入射させ、この偏光ビームスプリッター１に入射したパルスレーザのうち、偏光ビームスプリッター１に反射されたパルスレーザを再度前記第１ポッケルスセル２ａに入射させる光路を形成するものであって、図１に示すように、３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃと前記偏光ビームスプリッター１から構成されている。
【００２２】
前記３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃは、いずれもパルスレーザの入射角φが４５°になるように、光軸Ｌに対して傾いて配置されており、この３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃと前記偏光ビームスプリッター１とを頂点とする矩形の光路を形成する位置に配置されている。すなわち、偏光ビームスプリッター１から全反射ミラー４ａまでの光路長と全反射ミラー４ｂから全反射ミラー４ｃまでの光路長とが等しく、全反射ミラー４ａから全反射ミラー４ｂまでの光路長と全反射ミラー４ｃから偏光ビームスプリッター１までの光路長とが等しい矩形の光路を形成するように３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃが配置される。
【００２３】
なお、光路形成手段４は３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃと偏光ビームスプリッター１とからなるものに限られず、前記第２ポッケルスセル２ｂを通過したパルスレーザを反射し、偏光ビームスプリッター１に入射させ、この偏光ビームスプリッター１に入射したパルスレーザのうち、偏光ビームスプリッター１に反射されたパルスレーザを再度前記第１ポッケルスセル２ａに入射させる光路を形成するものであればよく、例えば、多角形の光路を形成するように複数の全反射ミラーを備えたものであってもよい。
【００２４】
次に、このように構成されたパルス幅拡張装置の使用態様について、図１〜図６を参照して説明する。
パルス幅拡張装置を使用する際、まず、図２に示すコントロールパネル５からパルスジェネレータ３ｃに、レーザ発振器６により出力されるパルスレーザや、パルス幅拡張装置により拡張され出力されるパルスレーザのパラメータが入力される。パラメータの入力は予め行われていてもよく、またレーザ発振器６の性能等により所定の値が予め定められていることから入力が不要な場合には、入力されなくてもよい。
【００２５】
次に、コントロールパネル５からパルスジェネレータ３ｃに、レーザ発振器６のレーザ発振を開始させるための信号Ｓ１が入力される。パルスジェネレータ３ｃは、信号Ｓ１を入力されると、コントロールパネル５より入力されたパラメータに基づいてレーザ発振器６がレーザ発振を行うように、レーザ発振器６にレーザ発振を開始させる信号Ｓ２を入力する。
【００２６】
レーザ発振器６は信号Ｓ２を入力されると、レーザ発振を開始し、前記パラメータやレーザ発振器６自体の性能に応じたパルス幅やピークエネルギーを有したパルスレーザを出力する。
【００２７】
レーザ発振器６からパルスレーザの出力が開始されると、図１，２に示すように、出力されたパルスレーザは矢印Ａの方向に進行し、パルス幅拡張装置の偏光ビームスプリッター１に入射し、入射面に対して垂直な偏光成分であるｓ偏光は反射され、入射面に対して平行な偏光成分であるｐ偏光のみがこの偏光ビームスプリッター１を通過し、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射する。
【００２８】
パルスジェネレータ３ｃは、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射したパルスレーザを偏光するため、レーザ発振器６に信号Ｓ２を入力した後、第１電圧印加回路３ａに信号Ｓ３を、第２電圧印加回路３ｂに信号Ｓ４を、それぞれ入力する。信号Ｓ３は、第１電圧印加回路３ａに第１ポッケルスセル２ａへの電圧の印加を開始させる信号であり、信号Ｓ４は、第２電圧印加回路３ｂに第２ポッケルスセル２ｂへの電圧の印加を開始させる信号である。第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂは、信号Ｓ３及び信号Ｓ４をそれぞれ入力されると、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに電圧の印加を開始する。
【００２９】
ここで、信号Ｓ３と信号Ｓ４とは、図３に示すように、遅延時間Ｔだけずらして第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂにそれぞれ入力される。この遅延時間Ｔは、前記光路形成手段４により形成された光路を、パルス幅拡張装置に入射したパルスレーザが一周するまでに要する時間に基づいて決定される。例えば、前記光路形成手段４により形成された光路が長いほど、遅延時間Ｔは長くなる。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、第１ポッケルスセル２ａに印加される電圧は、パルス幅拡張装置に入射したパルスレーザが１回目に第１ポッケルスセル２ａに入射するときに、入射したパルスレーザを１８０°（π）偏光させる電圧、すなわち第１ポッケルスセル２ａがλ／２波長板として機能する電圧（以下「λ／２電圧」という。）とされ、以後λ／２電圧で一定とされる。もしくは、レーザ発振器６から次のパルスが入力される前に一度電圧の印加をやめ、改めてλ／２電圧を印加することとしてもよい。
【００３１】
図４（ｂ）に示すように、第２ポッケルスセル２ｂに印加される電圧は、信号Ｓ４が信号Ｓ３より遅延時間Ｔだけずれて入力されることにより、第１ポッケルスセル２ａに印加される電圧より遅延時間Ｔだけずれて印加を開始される。
したがって、第２ポッケルスセル２ｂに印加される電圧は、パルス幅拡張装置に入射したパルスレーザが１回目に第２ポッケルスセル２ｂに入射するときには印加されておらず、パルスレーザが光路形成手段４により形成された光路をさらに一周して２回目に第２ポッケルスセル２ｂに入射するときに、０ｋＶから前記λ／２電圧までの間の所定の値の電圧とされ、以後徐々に低い電圧とされる。そして、レーザ発振器６から次のパルスが入力された際には、改めて同様の電圧制御が行われる。
【００３２】
このとき、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂには、それぞれ反対方向に電圧が印加される。したがって、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに印加される合計電圧は、図４（ｃ）に示すように、第１ポッケルスセル２ａに印加された電圧から第２ポッケルスセル２ｂに印加された電圧を引いた電圧となる。すなわち、前記合計電圧は、パルス幅拡張装置に入射したパルスレーザが１回目に第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射するときにはλ／２電圧であり、パルスレーザが光路形成手段４により形成された光路をさらに一周して２回目に第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射するときに、λ／２電圧から第２ポッケルスセル２ｂに印加された０ｋＶからλ／２電圧までの間の所定の値の電圧を引いた値の電圧、以後第２ポッケルスセル２ｂに印加された電圧の低下に合わせて徐々に電圧が上昇し、λ／２電圧に近づいていく。
【００３３】
このように、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに印加される電圧は、パルスレーザが第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射するごとに変化し、これに応じて入射したパルスレーザの偏光の度合いは、パルスレーザが第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射するごとに変化する。
【００３４】
レーザ発振器６から出力されたパルスレーザのうち、偏光ビームスプリッター１を通過して１回目に第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射したパルスレーザ（ｐ偏光）は、図４に示すように、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに印加された合計電圧がλ／２電圧であるため、１８０°（π）偏光される。このとき、ほとんどのｐ偏光はｓ偏光に偏光されるが、ポッケルスセルの性能に応じて、ｐ偏光の一部はｓ偏光に偏光されずに残る。すなわち、パルスレーザは第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂを通過した後、ｐ偏光とｓ偏光とが混在した状態となる。
【００３５】
このパルスレーザは、第２ポッケルスセル２ｂを通過した後、図１に示すように、３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃに反射され、光路形成手段４により形成された光路を通って再度偏光ビームスプリッター１に入射し、ｐ偏光は偏光ビームスプリッター１を通過して出力され、ｓ偏光は偏光ビームスプリッター１に反射されて再度第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射する。
【００３６】
再度第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射したｓ偏光は、図４に示す２回目に第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射した際の、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂへの合計電圧に応じて、少なくとも一部がｐ偏光に偏光される。従って、パルスレーザは第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂを通過した後、ｐ偏光とｓ偏光とが混在した状態となる。
【００３７】
このパルスレーザは、第２ポッケルスセル２ｂを通過した後、上記の過程と同じ過程をたどり、その一部であるｐ偏光が偏光ビームスプリッター１から出力される。パルスレーザは、以下同様の過程をたどり、偏光ビームスプリッター１から出力される。
【００３８】
光路形成手段４により形成される光路の光路長が４ｍであり、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂとして前記λ／２電圧が−６．４ｋＶであるポッケルスセルを使用したこのパルス幅拡張装置に、パルスエネルギーが１００ｍＪでパルス幅（半値全幅）が２０ｎｓのパルスレーザを入射させ、偏光制御手段３による第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂへの合計電圧の制御を図５に示すように行った場合、出力されるパルスレーザのパルス幅（半値全幅）は、図６（ａ）に示すように、約４５０ｎｓに拡張される。
【００３９】
この出力パルスは、図６（ｂ）に示すように、位相のずれた複数のパルスレーザが重ね合わされて形成されたものであり、位相のずれたそれぞれのパルスレーザは、光路形成手段４により形成される光路の光路長が４ｍの場合、約１３ｎｓずつ位相がずれており、これは前記光路をパルスレーザが周回するのに要する時間に等しい。
【００４０】
図７は、本発明によるパルス幅拡張装置の他の実施形態を示す概略図である。この実施形態は、前記偏光ビームスプリッター１として、上記キューブ型の偏光ビームスプリッター１にかえて、ガラス製やプラスチック製のプレート型（平面型）偏光ビームスプリッターを使用したものである。この場合、図７に示すように、２枚のプレート型偏光ビームスプリッター１ａ，１ｂをパルスレーザの光軸Ｌ上に互いに逆方向に傾けて配置し、それぞれパルスレーザの入射角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配置するのが好ましい。このようにプレート型偏光ビームスプリッター１ａ，１ｂを配置することで、パルスレーザがプレート型偏光ビームスプリッター１ａに入射して屈折することにより、プレート型偏光ビームスプリッター１ａの前後で光軸Ｌの位置がずれることを防止することができる。したがって、パルス幅拡張装置の構成部材の位置決めが容易になり、パルス幅拡張装置のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００４１】
以上の通り、本発明によるパルス幅拡張装置によれば、重ね合わせられるパルスレーザの位相のずれは、偏光制御手段によるポッケルスセルへの印加電圧の制御によって生じるため、パルスレーザのパルス幅を拡張するために、部品点数を増加させる必要がない。したがって、パルス幅拡張装置の外形サイズを小型に形成することができる。また、部品点数が少ないため、使用の際やメンテナンスの際に行う部品の調整、特に、パルスレーザの光路上に配置される偏光ビームスプリッター１、第１ポッケルスセル２ａ、第２ポッケルスセル２ｂ、及び全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃの位置や角度の調整が容易になる。
【００４２】
さらに、パルス幅拡張装置に入射されるパルスレーザの波長や、パルスレーザを発振するレーザ発振器６の仕様が変更された場合であっても、偏光ビームスプリッター１や第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂを適当な仕様のものに変更することで対応することができる。
【００４３】
またさらに、光路形成手段４により形成される光路の光路長や、偏光制御手段３による第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂへの印加電圧の制御を偏光することで、出力されるパルスレーザのパルス形状を任意に変更することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…キューブ型偏光ビームスプリッター
１ａ，１ｂ…プレート型偏光ビームスプリッター
２ａ…第１ポッケルスセル
２ｂ…第２ポッケルスセル
３…偏光制御手段
３ａ…第１電圧印加回路
３ｂ…第２電圧印加回路
３ｃ…パルスジェネレータ
４…光路形成手段
４ａ，４ｂ，４ｃ…全反射ミラー
５…コントロールパネル
６…レーザ発振器
Ａ…パルスレーザの進行方向を示す矢印
Ｌ…光軸
Ｔ…遅延時間
θ…プレート型偏光ビームスプリッターへの入射角
φ…全反射ミラーへの入射角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザのパルス幅を拡張するパルス幅拡張装置に関し、詳しくは、偏光ビームスプリッターにより分割されたパルスレーザ間の位相のずれを、偏光制御手段による電気光学素子への印加電圧の制御によって生じさせることにより、部品点数の増加を抑えて小型に形成可能なパルス幅拡張装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルス幅拡張装置として、入射されたパルスレーザを２つのパルスレーザに分岐する第１のビームスプリッターと、この第１のビームスプリッターで分岐された一方のパルスレーザが入射される遅延光学系と、この遅延光学系を通過した一方のパルスレーザおよび他方のパルスレーザを合成する第２のビームスプリッターとを有するものがあった（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このようなパルス幅拡張装置は、第１のビームスプリッターで分岐されたパルスレーザのうち、遅延光学系に入射して光路長を延長されたパルスレーザと他方のパルスレーザとを第２のビームスプリッターで合成することにより、位相のずれたパルスレーザを重ね合わせ、パルスレーザのパルス幅を拡張するものであった。
【０００４】
また、従来の他のパルス幅拡張装置として、図８に示すように、レーザ発振器１０から入射されたパルスレーザを反射して光路を形成する、対向して配置された複数の全反射ミラー２１と、対向して配置されたそれぞれの全反射ミラー２１間の光路の中間に配置された複数の部分透過ミラー２２と、を備えたものがあった。
【０００５】
このようなパルス幅拡張装置２０に入射されたパルスレーザは、複数の部分透過ミラー２２において、部分透過ミラー２２を透過するパルスレーザと反射されるパルスレーザとに分割される。このようなパルスレーザの分割は、複数の部分透過ミラー２２ごとに生じる。これらの分割された複数のパルスレーザは、分割が生じた部分透過ミラー２２の位置に応じて光路長がそれぞれ異なるため、これらのパルスレーザの位相は異なったものとなる。したがって、このようなパルス幅拡張装置２０から出力されるパルスレーザは、位相のずれたパルスレーザが重ね合わされたものとなり、パルスレーザのパルス幅は拡張して出力される。
【０００６】
例えば、このようなパルス幅拡張装置２０に、図９（ａ）に示すようなパルスレーザが入射された場合、出力されるパルスレーザは、図９（ｂ）に示すように、時間的遅延が加えられた複数の位相の異なるパルスレーザが重ね合わされたものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１４２５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図８に示すパルス幅拡張装置２０においては、図９（ｂ）に示すような、パルスレーザのパルス幅、複数の位相の異なるパルスレーザの数（すなわち重ね合わされるパルスレーザの数）、それらのパルスレーザ間の時間的遅延（位相のずれ）、及びそれぞれのパルスレーザのピークエネルギーは、対向して配置された全反射ミラー２１間の距離や、全反射ミラー２１及び部分透過ミラー２２を配置する個数に応じて変化する。そのため、パルスレーザのパルス幅を拡張するために、全反射ミラー２１及び部分透過ミラー２２を配置する個数を増加させる必要が生じ、パルス幅拡張装置２０の外形サイズが大きくなるおそれがあった。
【０００９】
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、部品点数の増加を抑えて小型に形成可能なパルス幅拡張装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明によるパルス幅拡張装置は、入射したパルスレーザの偏光成分のうち、入射面に対して垂直な偏光成分を反射し、水平な偏光成分を通過させることによって、パルスレーザを分割する偏光ビームスプリッターと、前記偏光ビームスプリッターを通過して入射したパルスレーザを、印加された電圧に応じて偏光する電気光学素子と、前記電気光学素子に電圧を印加するとともにその電圧を制御することで、前記電気光学素子に入射したパルスレーザの偏光を制御する偏光制御手段と、前記電気光学素子を通過したパルスレーザを反射し、前記偏光ビームスプリッターに入射させる複数のミラーを備え、この偏光ビームスプリッターに入射したパルスレーザのうち、偏光ビームスプリッターに反射されたパルスレーザを再度前記電気光学素子に入射させる光路を形成する光路形成手段と、を含んで構成され、前記偏光ビームスプリッターにより分割されたパルスレーザを、前記光路を周回させて位相をずらし、この位相のずれたパルスレーザを重ね合わせることでパルス幅を拡張するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるパルス幅拡張装置によれば、偏光ビームスプリッターにより分割されたパルスレーザを、光路形成手段により形成された光路を周回させて位相をずらし、この位相のずれたパルスレーザを重ね合わせて出力することによりパルスレーザのパルス幅を拡張することができる。
【００１２】
この際、重ね合わせられるパルスレーザの位相のずれは、偏光制御手段による電気光学素子への印加電圧の制御によって生じるので、パルスレーザのパルス幅を拡張するために部品点数を増加させる必要がない。したがって、パルス幅拡張装置の外形サイズを小型に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるパルス幅拡張装置の実施形態を示す概略図である。
【図２】レーザ発振器と前記パルス幅拡張装置の制御を示すブロック図である。
【図３】図２の制御信号を示すタイミングチャートである。
【図４】前記パルス幅拡張装置のポッケルスセルへの印加電圧をパルスレーザがポッケルスセルに入射するタイミングと関係づけて示すグラフであり、（ａ）は第１ポッケルスセルへの印加電圧、（ｂ）は第２ポッケルスセルへの印加電圧、（ｃ）はそれらの合計電圧を示すグラフである。
【図５】前記ポッケルスセルへ印加した合計電圧を示すグラフである。
【図６】図５に示す合計電圧を前記ポッケルスセルへ印加した際に、前記パルス幅拡張装置からの出力パルスを示すグラフであって、（ａ）は実際の出力パルス、（ｂ）は（ａ）の出力パルスを位相の異なるパルスごとに示したグラフである。
【図７】本発明によるパルス幅拡張装置の他の実施形態を示す概略図である。
【図８】従来のパルス幅拡張装置の一例を示す概略図である。
【図９】パルスレーザのパルス形状を示すグラフであって、（ａ）は前記従来のパルス幅拡張装置への入力パルス、（ｂ）は前記従来のパルス幅拡張装置からの出力パルスを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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幅拡張装置の実施形態を示す図である。このパルス幅拡張装置は、入射したパルスレーザを分割して位相をずらし、この位相のずれたパルスレーザを重ね合わせることでパルス幅を拡張するもので、偏光ビームスプリッター１と、第１ポッケルスセル２ａと、第２ポッケルスセル２ｂと、偏光制御手段３と、光路形成手段４とからなる。
【００１５】
前記偏光ビームスプリッター１は、入射したパルスレーザの偏光成分のうち、入射面に対して垂直な偏光成分（以下「ｓ偏光」という。）を反射し、水平な偏光成分（以下「ｐ偏光」という。）を通過させるものであって、パルス幅拡張装置に入射したパルスレーザの光軸Ｌ上に設けられている。この偏光ビームスプリッター１として、図１に示すように、直角プリズムを２つ貼り合わせ、それらの接合面に誘電体多層膜や金属薄膜のコーティングを施したキューブ型の偏光ビームスプリッター１が使用されている。
【００１６】
図１に示すように、偏光ビームスプリッター１のパルスレーザが通過する側の光軸Ｌ上には、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂが設けられている。この第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂは、印加された電圧に応じてパルスレーザを偏光する電気光学素子であって、図１の左側から第１ポッケルスセル２ａ、第２ポッケルスセル２ｂの順に配置されている。第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂは、電圧を印加されない状態ではパルスレーザを偏光せず、電圧を印加されると、印加された電圧に応じてパルスレーザを偏光する。この第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに所定の電圧を印加することにより、例えば、パルスレーザを１８０°（π）偏光させることができる。
【００１７】
この第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂには、偏光制御手段３が電気的に接続されている。この偏光制御手段３は、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに電圧を印加するとともに印加する電圧を制御することで、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射したパルスレーザの偏光を制御するものであって、図１に示すように、第１電圧印加回路３ａと、第２電圧印加回路３ｂと、パルスジェネレータ３ｃとから構成されている。
【００１８】
前記第１電圧印加回路３ａは、第１ポッケルスセル２ａに電圧を印加するものであって、第１ポッケルスセル２ａに電気的に接続されている。また、前記第２電圧印加回路３ｂは、第２ポッケルスセル２ｂに電圧を印加するものであって、第２ポッケルスセル２ｂに電気的に接続されている。
【００１９】
そして、前記パルスジェネレータ３ｃは、前記第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂに、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂそれぞれへの電圧の印加を開始させる、又は終了させる信号を送信するものであって、第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂに電気的に接続されている。このパルスジェネレータ３ｃは、前記信号を第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂにそれぞれ別個に送信可能であり、例えば、電圧の印加を開始させる信号を、第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂにタイミングをずらして送信することができる。
【００２０】
また、このパルスジェネレータ３ｃは、図２に示すように、パルス幅拡張装置に入射されるパルスレーザを出力するレーザ発振器６、及びレーザ発振器６を制御するために外部から信号を入力するコントロールパネル５に電気的に接続されており、コントロールパネル５から入力された信号に基づき、レーザ発振器６の発振動作と第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂへの電圧の印加のタイミングを同期させることができる。
【００２１】
前記第２ポッケルスセル２ｂのパルスレーザが通過側の光軸Ｌ上には、光路形成手段４が設けられている。この光路形成手段４は、第２ポッケルスセル２ｂを通過したパルスレーザを反射し、前記偏光ビームスプリッター１に入射させ、この偏光ビームスプリッター１に入射したパルスレーザのうち、偏光ビームスプリッター１に反射されたパルスレーザを再度前記第１ポッケルスセル２ａに入射させる光路を形成するものであって、図１に示すように、３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃと前記偏光ビームスプリッター１から構成されている。
【００２２】
前記３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃは、いずれもパルスレーザの入射角φが４５°になるように、光軸Ｌに対して傾いて配置されており、この３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃと前記偏光ビームスプリッター１とを頂点とする矩形の光路を形成する位置に配置されている。すなわち、偏光ビームスプリッター１から全反射ミラー４ａまでの光路長と全反射ミラー４ｂから全反射ミラー４ｃまでの光路長とが等しく、全反射ミラー４ａから全反射ミラー４ｂまでの光路長と全反射ミラー４ｃから偏光ビームスプリッター１までの光路長とが等しい矩形の光路を形成するように３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃが配置される。
【００２３】
なお、光路形成手段４は３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃと偏光ビームスプリッター１とからなるものに限られず、前記第２ポッケルスセル２ｂを通過したパルスレーザを反射し、偏光ビームスプリッター１に入射させ、この偏光ビームスプリッター１に入射したパルスレーザのうち、偏光ビームスプリッター１に反射されたパルスレーザを再度前記第１ポッケルスセル２ａに入射させる光路を形成するものであればよく、例えば、多角形の光路を形成するように複数の全反射ミラーを備えたものであってもよい。
【００２４】
次に、このように構成されたパルス幅拡張装置の使用態様について、図１〜図６を参照して説明する。
パルス幅拡張装置を使用する際、まず、図２に示すコントロールパネル５からパルスジェネレータ３ｃに、レーザ発振器６により出力されるパルスレーザや、パルス幅拡張装置により拡張され出力されるパルスレーザのパラメータが入力される。パラメータの入力は予め行われていてもよく、またレーザ発振器６の性能等により所定の値が予め定められていることから入力が不要な場合には、入力されなくてもよい。
【００２５】
次に、コントロールパネル５からパルスジェネレータ３ｃに、レーザ発振器６のレーザ発振を開始させるための信号Ｓ１が入力される。パルスジェネレータ３ｃは、信号Ｓ１を入力されると、コントロールパネル５より入力されたパラメータに基づいてレーザ発振器６がレーザ発振を行うように、レーザ発振器６にレーザ発振を開始させる信号Ｓ２を入力する。
【００２６】
レーザ発振器６は信号Ｓ２を入力されると、レーザ発振を開始し、前記パラメータやレーザ発振器６自体の性能に応じたパルス幅やピークエネルギーを有したパルスレーザを出力する。
【００２７】
レーザ発振器６からパルスレーザの出力が開始されると、図１，２に示すように、出力されたパルスレーザは矢印Ａの方向に進行し、パルス幅拡張装置の偏光ビームスプリッター１に入射し、入射面に対して垂直な偏光成分であるｓ偏光は反射され、入射面に対して平行な偏光成分であるｐ偏光のみがこの偏光ビームスプリッター１を通過し、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射する。
【００２８】
パルスジェネレータ３ｃは、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射したパルスレーザを偏光するため、レーザ発振器６に信号Ｓ２を入力した後、第１電圧印加回路３ａに信号Ｓ３を、第２電圧印加回路３ｂに信号Ｓ４を、それぞれ入力する。信号Ｓ３は、第１電圧印加回路３ａに第１ポッケルスセル２ａへの電圧の印加を開始させる信号であり、信号Ｓ４は、第２電圧印加回路３ｂに第２ポッケルスセル２ｂへの電圧の印加を開始させる信号である。第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂは、信号Ｓ３及び信号Ｓ４をそれぞれ入力されると、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに電圧の印加を開始する。
【００２９】
ここで、信号Ｓ３と信号Ｓ４とは、図３に示すように、遅延時間Ｔだけずらして第１電圧印加回路３ａ及び第２電圧印加回路３ｂにそれぞれ入力される。この遅延時間Ｔは、前記光路形成手段４により形成された光路を、パルス幅拡張装置に入射したパルスレーザが一周するまでに要する時間に基づいて決定される。例えば、前記光路形成手段４により形成された光路が長いほど、遅延時間Ｔは長くなる。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、第１ポッケルスセル２ａに印加される電圧は、パルス幅拡張装置に入射したパルスレーザが１回目に第１ポッケルスセル２ａに入射するときに、入射したパルスレーザを１８０°（π）偏光させる電圧、すなわち第１ポッケルスセル２ａがλ／２波長板として機能する電圧（以下「λ／２電圧」という。）とされ、以後λ／２電圧で一定とされる。もしくは、レーザ発振器６から次のパルスが入力される前に一度電圧の印加をやめ、改めてλ／２電圧を印加することとしてもよい。
【００３１】
図４（ｂ）に示すように、第２ポッケルスセル２ｂに印加される電圧は、信号Ｓ４が信号Ｓ３より遅延時間Ｔだけずれて入力されることにより、第１ポッケルスセル２ａに印加される電圧より遅延時間Ｔだけずれて印加を開始される。
したがって、第２ポッケルスセル２ｂに印加される電圧は、パルス幅拡張装置に入射したパルスレーザが１回目に第２ポッケルスセル２ｂに入射するときには印加されておらず、パルスレーザが光路形成手段４により形成された光路をさらに一周して２回目に第２ポッケルスセル２ｂに入射するときに、０ｋＶから前記λ／２電圧までの間の所定の値の電圧とされ、以後徐々に低い電圧とされる。そして、レーザ発振器６から次のパルスが入力された際には、改めて同様の電圧制御が行われる。
【００３２】
このとき、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂには、それぞれ反対方向に電圧が印加される。したがって、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに印加される合計電圧は、図４（ｃ）に示すように、第１ポッケルスセル２ａに印加された電圧から第２ポッケルスセル２ｂに印加された電圧を引いた電圧となる。すなわち、前記合計電圧は、パルス幅拡張装置に入射したパルスレーザが１回目に第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射するときにはλ／２電圧であり、パルスレーザが光路形成手段４により形成された光路をさらに一周して２回目に第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射するときに、λ／２電圧から第２ポッケルスセル２ｂに印加された０ｋＶからλ／２電圧までの間の所定の値の電圧を引いた値の電圧、以後第２ポッケルスセル２ｂに印加された電圧の低下に合わせて徐々に電圧が上昇し、λ／２電圧に近づいていく。
【００３３】
このように、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに印加される電圧は、パルスレーザが第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射するごとに変化し、これに応じて入射したパルスレーザの偏光の度合いは、パルスレーザが第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射するごとに変化する。
【００３４】
レーザ発振器６から出力されたパルスレーザのうち、偏光ビームスプリッター１を通過して１回目に第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射したパルスレーザ（ｐ偏光）は、図４に示すように、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに印加された合計電圧がλ／２電圧であるため、１８０°（π）偏光される。このとき、ほとんどのｐ偏光はｓ偏光に偏光されるが、ポッケルスセルの性能に応じて、ｐ偏光の一部はｓ偏光に偏光されずに残る。すなわち、パルスレーザは第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂを通過した後、ｐ偏光とｓ偏光とが混在した状態となる。
【００３５】
このパルスレーザは、第２ポッケルスセル２ｂを通過した後、図１に示すように、３つの全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃに反射され、光路形成手段４により形成された光路を通って再度偏光ビームスプリッター１に入射し、ｐ偏光は偏光ビームスプリッター１を通過して出力され、ｓ偏光は偏光ビームスプリッター１に反射されて再度第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射する。
【００３６】
再度第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射したｓ偏光は、図４に示す２回目に第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂに入射した際の、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂへの合計電圧に応じて、少なくとも一部がｐ偏光に偏光される。従って、パルスレーザは第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂを通過した後、ｐ偏光とｓ偏光とが混在した状態となる。
【００３７】
このパルスレーザは、第２ポッケルスセル２ｂを通過した後、上記の過程と同じ過程をたどり、その一部であるｐ偏光が偏光ビームスプリッター１から出力される。パルスレーザは、以下同様の過程をたどり、偏光ビームスプリッター１から出力される。
【００３８】
光路形成手段４により形成される光路の光路長が４ｍであり、第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂとして前記λ／２電圧が−６．４ｋＶであるポッケルスセルを使用したこのパルス幅拡張装置に、パルスエネルギーが１００ｍＪでパルス幅（半値全幅）が２０ｎｓのパルスレーザを入射させ、偏光制御手段３による第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂへの合計電圧の制御を図５に示すように行った場合、出力されるパルスレーザのパルス幅（半値全幅）は、図６（ａ）に示すように、約４５０ｎｓに拡張される。
【００３９】
この出力パルスは、図６（ｂ）に示すように、位相のずれた複数のパルスレーザが重ね合わされて形成されたものであり、位相のずれたそれぞれのパルスレーザは、光路形成手段４により形成される光路の光路長が４ｍの場合、約１３ｎｓずつ位相がずれており、これは前記光路をパルスレーザが周回するのに要する時間に等しい。
【００４０】
図７は、本発明によるパルス幅拡張装置の他の実施形態を示す概略図である。この実施形態は、前記偏光ビームスプリッター１として、上記キューブ型の偏光ビームスプリッター１にかえて、ガラス製やプラスチック製のプレート型（平面型）偏光ビームスプリッターを使用したものである。この場合、図７に示すように、２枚のプレート型偏光ビームスプリッター１ａ，１ｂをパルスレーザの光軸Ｌ上に互いに逆方向に傾けて配置し、それぞれパルスレーザの入射角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配置するのが好ましい。このようにプレート型偏光ビームスプリッター１ａ，１ｂを配置することで、パルスレーザがプレート型偏光ビームスプリッター１ａに入射して屈折することにより、プレート型偏光ビームスプリッター１ａの前後で光軸Ｌの位置がずれることを防止することができる。したがって、パルス幅拡張装置の構成部材の位置決めが容易になり、パルス幅拡張装置のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００４１】
以上の通り、本発明によるパルス幅拡張装置によれば、重ね合わせられるパルスレーザの位相のずれは、偏光制御手段によるポッケルスセルへの印加電圧の制御によって生じるため、パルスレーザのパルス幅を拡張するために、部品点数を増加させる必要がない。したがって、パルス幅拡張装置の外形サイズを小型に形成することができる。また、部品点数が少ないため、使用の際やメンテナンスの際に行う部品の調整、特に、パルスレーザの光路上に配置される偏光ビームスプリッター１、第１ポッケルスセル２ａ、第２ポッケルスセル２ｂ、及び全反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃの位置や角度の調整が容易になる。
【００４２】
さらに、パルス幅拡張装置に入射されるパルスレーザの波長や、パルスレーザを発振するレーザ発振器６の仕様が変更された場合であっても、偏光ビームスプリッター１や第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂを適当な仕様のものに変更することで対応することができる。
【００４３】
またさらに、光路形成手段４により形成される光路の光路長や、偏光制御手段３による第１ポッケルスセル２ａ及び第２ポッケルスセル２ｂへの印加電圧の制御を偏光することで、出力されるパルスレーザのパルス形状を任意に変更することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…キューブ型偏光ビームスプリッター
１ａ，１ｂ…プレート型偏光ビームスプリッター
２ａ…第１ポッケルスセル
２ｂ…第２ポッケルスセル
３…偏光制御手段
３ａ…第１電圧印加回路
３ｂ…第２電圧印加回路
３ｃ…パルスジェネレータ
４…光路形成手段
４ａ，４ｂ，４ｃ…全反射ミラー
５…コントロールパネル
６…レーザ発振器
Ａ…パルスレーザの進行方向を示す矢印
Ｌ…光軸
Ｔ…遅延時間
θ…プレート型偏光ビームスプリッターへの入射角
φ…全反射ミラーへの入射角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射したパルスレーザの偏光成分のうち、入射面に対して垂直な偏光成分を反射し、水平な偏光成分を通過させることによって、パルスレーザを分割する偏光ビームスプリッターと、
前記偏光ビームスプリッターを通過して入射したパルスレーザを、印加された電圧に応じて偏光する電気光学素子と、
前記電気光学素子に電圧を印加するとともにその電圧を制御することで、前記電気光学素子に入射したパルスレーザの偏光を制御する偏光制御手段と、
前記電気光学素子を通過したパルスレーザを反射し、前記偏光ビームスプリッターに入射させる複数のミラーを備え、この偏光ビームスプリッターに入射したパルスレーザのうち、偏光ビームスプリッターに反射されたパルスレーザを再度前記電気光学素子に入射させる光路を形成する光路形成手段と、
を含んで構成され、前記偏光ビームスプリッターにより分割されたパルスレーザを、前記光路を周回させて位相をずらし、この位相のずれたパルスレーザを重ね合わせることでパルス幅を拡張することを特徴とするパルス幅拡張装置。
【請求項２】
前記偏光制御手段は、前記電気光学素子に印加する電圧を、パルスレーザが前記電気光学素子に入射するごとに変化させることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅拡張装置。
【請求項３】
前記電気光学素子は、ポッケルスセルであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス幅拡張装置。
【請求項４】
前記ポッケルスセルは、前記偏光ビームスプリッターを通過したパルスレーザの光軸上に２つ設けられたことを特徴とする請求項３に記載のパルス幅拡張装置。
【請求項５】
前記２つのポッケルスセルは、それぞれ反対方向に電圧を印加されることを特徴とする請求項４に記載のパルス幅拡張装置。
【請求項６】
前記光路形成手段は、３つのミラーを備え、この３つのミラーと前記偏光ビームスプリッターとを頂点とする矩形の光路を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパルス幅拡張装置。
【請求項７】
前記偏光ビームスプリッターは、キューブ型偏光ビームスプリッターであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパルス幅拡張装置。
【請求項１】
入射したパルスレーザの偏光成分のうち、入射面に対して垂直な偏光成分を反射し、水平な偏光成分を通過させることによって、パルスレーザを分割する偏光ビームスプリッターと、
前記偏光ビームスプリッターを通過して入射したパルスレーザを、印加された電圧に応じて偏光する電気光学素子と、
前記電気光学素子に電圧を印加するとともにその電圧を制御することで、前記電気光学素子に入射したパルスレーザの偏光を制御する偏光制御手段と、
前記電気光学素子を通過したパルスレーザを反射し、前記偏光ビームスプリッターに入射させる複数のミラーを備え、この偏光ビームスプリッターに入射したパルスレーザのうち、偏光ビームスプリッターに反射されたパルスレーザを再度前記電気光学素子に入射させる光路を形成する光路形成手段と、
を含んで構成され、前記偏光ビームスプリッターにより分割されたパルスレーザを、前記光路を周回させて位相をずらし、この位相のずれたパルスレーザを重ね合わせることでパルス幅を拡張することを特徴とするパルス幅拡張装置。
【請求項２】
前記偏光制御手段は、前記電気光学素子に印加する電圧を、パルスレーザが前記電気光学素子に入射するごとに変化させることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅拡張装置。
【請求項３】
前記電気光学素子は、ポッケルスセルであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス幅拡張装置。
【請求項４】
前記ポッケルスセルは、前記偏光ビームスプリッターを通過したパルスレーザの光軸上に２つ設けられたことを特徴とする請求項３に記載のパルス幅拡張装置。
【請求項５】
前記２つのポッケルスセルは、それぞれ反対方向に電圧を印加されることを特徴とする請求項４に記載のパルス幅拡張装置。
【請求項６】
前記光路形成手段は、３つのミラーを備え、この３つのミラーと前記偏光ビームスプリッターとを頂点とする矩形の光路を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパルス幅拡張装置。
【請求項７】
前記偏光ビームスプリッターは、キューブ型偏光ビームスプリッターであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパルス幅拡張装置。
【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２０１３−４０９８０（Ｐ２０１３−４０９８０Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７５８２６（Ｐ２０１１−１７５８２６）
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【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２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【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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