脉冲激光振荡器以及脉冲激光振荡控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种脉冲激光振荡器，其具备：根据所施加的电压而使光产生偏振的第一电光元件、和向所述第一电光元件施加电压并对电压进行控制的电压控制装置，该脉冲激光振荡器通过所述电压控制装置使施加到所述第一电光元件的电压值时效地变化，从而控制激光的脉冲宽度。
【专利说明】脉冲激光振荡器以及脉冲激光振荡控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具备根据所施加的电压而使光偏振的电光元件的脉冲激光振荡器以及脉冲激光振荡控制方法，具体地，涉及一种能够使施加到电光元件上的电压时效地变化，从而延长激光的脉冲宽度，并能够降低所输出的脉冲激光的峰值能量的脉冲激光振荡器以及脉冲激光振荡控制方法。
【背景技术】
[0002]作为现有的脉冲激光振荡器，是具备:激光介质、用于激励该激光介质的激励用光源以及将激光介质所发射的光进行往复放大的谐振器，从而获得脉冲激光的结构，并具有如下构成:通过在于激光介质的一侧配置高反射率的反光镜、于另一侧配置低反射率的反光镜而构成的谐振器之间设置Q开关元件以及腔倒空元件，在将激光完全封闭到谐振器内部的状态下进行Q开关振荡，并在谐振器内所蓄积的脉冲激光的峰值附近接着启动腔倒空元件进行腔倒空，从而使蓄积在谐振器内部的能量瞬间地释放到外部(例如参照专利文献I)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2003-69118号公报
[0006]但是，现有的脉冲激光振荡器中，由于蓄积在谐振器内部的能量被瞬间地释放到外部，因此存在所输出的脉冲激光的峰值能量过大，从而使被激光照射的物体产生损伤的问题。
【发明内容】
[0007]于是，针对上述问题，本发明所要解决的课题是提供一种通过延长脉冲宽度，从而能够降低所输出的脉冲激光的峰值能量的脉冲激光振荡器以及脉冲激光振荡控制方法。
[0008]为了解决上述课题，本发明的脉冲激光振荡器具备:根据所施加的电压而使光产生偏振的第一电光兀件、和向所述第一电光兀件施加电压并对电压进行控制的电压控制装置，通过所述电压控制装置使施加到所述第一电光元件的电压值时效地变化，从而控制激光的脉冲宽度。
[0009]该情况下，也可以具备多个所述第一电光元件，并使施加到该多个第一电光元件各自的电压值分别时效地变化。
[0010]优选希望所述电压控制装置使施加到所述第一电光元件的电压值的变化率阶段性地产生变化。
[0011]另外，也可以具备两个所述第一电光元件，并通过所述电压控制装置向所述两个第一电光兀件分别施加相互反向的电压。
[0012]进一步，所述第一电光元件可以为普克尔盒，并且具备λ/4波阻片。
[0013]另外，进一步也可以在所述激光的光路上还具备激光用衰减器，该激光用衰减器包括:配置成正交偏光镜的两个偏振元件、配置在所述两个偏振元件之间并通过施加电压而使通过内部的激光的偏振面产生旋转的第二电光元件、以及对施加到所述第二电光元件的施加电压值以及施加时间进行控制的控制部。
[0014]该情况下，所述第二电光元件可以为普克尔盒。
[0015]另外，所述普克尔盒也可以是多个串联排列进行配置。
[0016]优选，所述激光用衰减器可以配置在设于所述激光的光路上的光放大器的下游侧。
[0017]另外，本发明的脉冲激光振荡控制方法，是通过使施加到根据所施加的电压而使光偏振的第一电光元件上的电压产生变化，从而控制激光的振荡的激光振荡控制方法，通过使施加到所述第一电光元件的电压值时效地变化，从而控制激光的脉冲宽度。
[0018]该情况下，也可以具备多个所述第一电光元件，并使施加到该多个第一电光元件各自的电压值分别时效地变化。
[0019]优选希望，使施加到所述第一电光元件的电压值的变化率阶段性地产生变化。
[0020]另外，也可以具备两个所述第一电光元件，并通过所述电压控制装置向所述两个第一电光兀件分别施加相互反向的电压。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明，通过电压控制装置使施加到第一电光元件的电压值时效地变化，从而能够控制激光的脉冲宽度。因此，能够使所输出的脉冲激光的脉冲宽度延长，同时降低脉冲激光的峰值能量。
[0023]另外，由于无需使用将激光进行分光的分光镜以及用于延迟光系统的反光镜就能够延长脉冲宽度，因此，能够紧凑地构成脉冲激光振荡器。
[0024]进一步，在使用脉冲激光振荡器时，由于不需要调整上述分光镜以及用于延迟光系统的反光镜等，因此使得用于使用脉冲激光振荡器的作业变得容易。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是表示本发明的脉冲激光振荡器的第一实施方式的未施加电压状态的简略图。
[0026]图2是表示上述第一实施方式的施加电压状态的简略图。
[0027]图3是表示上述第一实施方式的施加到普克尔盒的电压变化和所输出的脉冲激光的输出能量的关系的一个示例的曲线图。
[0028]图4是表不图3所述关系的另一不例的曲线图。
[0029]图5是表不图3以及图4所述关系的又一不例的曲线图。
[0030]图6是表示本发明的脉冲激光振荡器的第二实施方式的未施加电压状态的简略图。
[0031]图7是表示上述第二实施方式的施加电压状态的简略图。
[0032]图8是模式化表示对上述第二实施方式的两个普克尔盒的电压控制的曲线图，
(a)是向两个普克尔盒分别施加电压的控制，(b)是表示(a)时的两个普克尔盒的总施加电压的曲线图。
[0033]图9是表示图8所示电压控制的另一示例的曲线图。[0034]图10是表示施加到上述第二实施方式的普克尔盒上的电压和脉冲激光的输出能量的关系的一个示例的曲线图，(a)是表示仅向一个普克尔盒施加电压的情况的曲线图，
(b)是表示对两个普克尔盒向同一方向施加电压的情况的曲线图。
[0035]图11是对上述第二实施方式的两个普克尔盒向同一方向施加电压的情况下、和向相反方向施加电压的情况下所输出的脉冲激光的输出能量进行比较的曲线图。
[0036]图12是表示本发明的脉冲激光振荡器的第三实施方式的平面图。
[0037]图13是表示上述第三实施方式的激光用衰减器的一个构成示例的平面图。
[0038]图14是表示利用上述激光用衰减器使一个脉冲的激光中的特定时间的能量有选择地衰减的情形的说明图，Ca)表示衰减前的状态、(b)表示衰减后的状态。
[0039]图15是表示用于对利用上述激光用衰减器使一个脉冲的激光中的特定时间的能量有选择地衰减的电压控制的说明图，Ca)表示施加电压的时间变化、(b)表示此时的透射率的时间变化。
[0040]符号说明
[0041]5、λ/4 波阻片
[0042]6、普克尔盒(第一电光元件)
[0043]6a、第一普克尔盒
[0044]6b、第二普克尔盒
[0045]7、电压控制装置
[0046]11、光放大器
[0047]12、激光用衰减器
[0048]13a、第一偏振分光镜(偏振兀件)
[0049]13b、第二偏振分光镜(偏振元件)
[0050]14、普克尔盒(第二电光元件)
[0051]14a、第三普克尔盒
[0052]14b、第四普克尔盒
【具体实施方式】
[0053]下面，基于附图对本发明的实施方式进行详细的说明。图1是表示本发明的脉冲激光振荡器的第一实施方式的示意图。该脉冲激光振荡器是利用通过切换Q值(后叙的光谐振器3中所蓄积的能量/损失到光谐振器3外部的能量)而产生巨脉冲的Q开关法来产生巨脉冲的YAG激光器，其具备:YAG棒1、闪光灯2、光谐振器3、起偏振镜4、λ/4波阻片
5、普克尔盒6以及电压控制装置7。
[0054]上述YAG棒I通过被来自后叙的闪光灯2的光照射而发射光，并通过受激发射使发射出的光放大，如图1所示，是一种沿着光轴L发射光的固体激光介质。另外，也可以使用Nd:YAG棒以及Er =YAG棒等其他激光介质替代该YAG棒I。
[0055]在YAG棒I的侧面(图1中的YAG棒I的上侧)设有闪光灯2。该闪光灯2向YAG棒I照射光，是促使YAG棒I开始发射光的元件，例如使用氙闪光灯以及激光二极管。
[0056]在图1中的YAG棒I的左右两侧设有前反光镜3a以及后反光镜3b。该前反光镜3a以及后反光镜3b，是使从YAG棒I发射出的光在两个反光镜之间进行往复的元件，并由前反光镜3a和后反光镜3b构成在YAG棒I内产生受激发射从而使相干光放大的光谐振器3。
[0057]上述前反光镜3a是可使入射光的一部分透射的部分透射反光镜，其设置在YAG棒I所发射出的光的光轴L上的发射激光的一侧。通过Q开关法被瞬间放大的激光的一部分通过该前反光镜3a从光谐振器3内释放出。
[0058]另外，上述后反光镜3b是设置在将YAG棒I放入其之间且与前反光镜3a相反一侧的光轴L上的全反射反光镜，在与前反光镜3a之间使光轴L上的光往复。
[0059]在上述后反光镜3b和YAG棒I之间的光轴L上，设有起偏振镜4。该起偏振镜4是通过将入射光中的相对于入射面垂直的偏振光成分的s偏振光进行反射，从而仅仅使相对于入射面平行的偏振光成分的P偏振光透射的元件，是实现Q开关法中的快门作用的偏振镜。起偏振镜4的材料为玻璃或者塑料，其相对于光轴L倾斜地设置，并使入射光的入射角Θ成为使P偏振光的反射率为O的布儒斯特角(偏振角)。该起偏振镜4可以设置多个。另外，起偏振镜4只要是仅仅使s偏振光或者P偏振光中的任意一方透射的元件即可，除了上述的结构之外，也可以使用例如偏振光棱镜以及偏振光过滤器等的偏振镜。
[0060]另外，下面的说明中所使用的s偏振光以及P偏振光的术语，指的就是相对于该起偏振镜4的s偏振光以及P偏振光。
[0061]在上述起偏振镜4和后反光镜3b之间设有λ /4波阻片5。该λ /4波阻片5是通过使入射光的偏振光成分产生90° ( π /2)的相位差,从而将直线偏振光(上述s偏振光以及P偏振光)变换为圆偏振光，将圆偏振光变换为直线偏振光的元件，如图1所示，其设置在起偏振镜4的左侧的光轴L上。从YAG棒I发射出并透射过起偏振镜4的P偏振光，通过该λ /4波阻片5被变换为圆偏振光。
[0062]在上述λ /4波阻片5和后反光镜3b之间设有普克尔盒6。该普克尔盒6是根据所施加的电压使光产生偏振的第一电光兀件，如图1所不，其设置在λ/4波阻片5左侧的光轴L上。普克尔盒6在未被施加电压的状态下不使光产生偏振,但一旦有电压施加就会使光产生偏振，其偏振光的程度依赖于所施加的电压。
[0063]在上述普克尔盒6上电连接有电压控制装置7。电压控制装置7是向普克尔盒6施加电压并对所施加的电压进行控制的元件，其由电压施加电路7a和控制电路7b构成。
[0064]电压施加电路7a是向普克尔盒6施加电压的结构，与普克尔盒6电连接。该电压施加电路7a上连接有控制电路7b，该控制电路7b通过控制经由电压施加电路7a进行的向普克尔盒6的施加电压，来使入射到普克尔盒6的光的偏振程度产生变化，从而控制激光的振荡。
[0065]接着，参照图1?图5对如上所述构成的脉冲激光振荡器的动作以及脉冲激光振荡控制方法进行说明。
[0066]在利用脉冲激光振荡器来振荡脉冲激光时，首先，控制电路7b向电压施加电路7a发送信号，控制电压施加电路7a使得向普克尔盒6的施加电压为0V。在该状态下，闪光灯2发光，当向YAG棒I照射光时，YAG棒I内的一部分原子成为激励状态，则从YAG棒I沿着光轴L发射出光。从YAG棒I朝向起偏振镜4的方向(箭头A的方向)发射出的光，如图1所示，以成为布儒斯特角的入射角Θ入射到起偏振镜4。入射的光中，P偏振光透射过起偏振镜4,而s偏振光以及圆(或者椭圆)偏振光则经由起偏振镜4被反射,朝向光轴L的外方向前行。
[0067]透射过起偏振镜4的P偏振光，入射到λ /4波阻片5并产生90° ( π /2)的相位差，从而变换为圆偏振光并入射到普克尔盒6中。此时，由于没有向普克尔盒6施加电压，因此不会使入射的光产生偏振而直接透射。因此，入射到普克尔盒6中的上述圆偏振光，如图1所示，保持圆偏振光的状态透射过普克尔盒6，被后反光镜3b反射后，再一次透射过普克尔盒6，然后入射到λ/4波阻片5上。
[0068]当圆偏振光入射到λ/4波阻片5上时，进一步产生90° (π/2)的相位差，从而变换为s偏振光(即，与从YAG棒I发射出并透射过起偏振镜4的P偏振光之间,相位相差180° (Ji)的状态)，并以成为布儒斯特角(偏振角)的入射角Θ入射到起偏振镜4上。由于起偏振镜4具有如上所述的反射s偏振光的功能,因此入射的s偏振光被起偏振镜4反射，朝向光轴L的外方向前行。
[0069]如上所述，在没有向普克尔盒6施加电压的状态下，从YAG棒I发射出的光被起偏振镜4反射，并且不会再度入射到YAG棒I上，因此，就不会发生在光谐振器3内的谐振，从而能够抑制脉冲激光的振汤。
[0070]接着，直至YAG棒I内的被激励原子的数量成为作为脉冲激光所要输出能量所需的量(粒子数反转变得足够大)为止而维持上述未施加电压状态之后，通过控制电路7b使电压施加电路7a施加到 普克尔盒6上的电压产生变化。当通过电压施加电路7a向普克尔盒6施加了规定的电压时，则普克尔盒6就作为λ /4波阻片5发挥功能。
[0071]在向普克尔盒6施加了电压的状态下，从YAG棒I朝向箭头A方向发射出的光，如图2所示，与上述未施加电压的状态同样地，通过起偏振镜4变换为P偏振光，并通过λ /4波阻片5变换为圆偏振光，然后入射到普克尔盒6中。如上所述由于普克尔盒6作为λ /4波阻片5发挥功能，因此入射到普克尔盒6中的光产生90° ( Ji /2)的相位差，从而变换为s偏振光(即，与从YAG棒I发射出并透射过起偏振镜4的P偏振光之间，相位相差180°
(π )的状态)。
[0072]该s偏振光被后反光镜3b反射后，再一次入射到普克尔盒6中，进一步产生90°
(^/2)的相位差，从而变换为圆偏振光(即，与从YAG棒I发射出并透射过起偏振镜4的P偏振光之间，相位相差270° (3π/2)的状态)。该圆偏振光入射到λ/4波阻片5上,进一步产生90°的相位差，从而变换为P偏振光(即，与从YAG棒I发射出并透射过起偏振镜4的P偏振光之间，相位相差360° (2 π )的状态)。
[0073]该P偏振光以成为布儒斯特角的入射角Θ入射到起偏振镜4，并透射过起偏振镜4。透射过起偏振镜4的光，从图2中的YAG棒I的左侧入射，使得在YAG棒I内产生受激发射，然后从图2中的YAH棒I的右侧放射出，然后被前反光镜3a反射，从图2中的右侧朝向左侧通过YAG棒I。以下，以同样的顺序在光谐振器3内进行光的往复，通过受激发射放大的相干光的一部分从前反光镜3a朝向箭头B方向作为激光输出。
[0074]图3是表示向普克尔盒6施加的电压的变化与所输出的脉冲激光的输出能量之间的关系的一个示例的曲线图。在本发明的脉冲激光振荡器的实施方式中，当通过控制电路7b使电压施加电路7a施加到普克尔盒6上的电压，从大约OV至大约-4000V以大约IOOns下产生变化时，则脉冲激光的峰值能量达到大约13.0mJ，脉冲宽度达到大约10ns。
[0075]另外，图4是表示向普克尔盒6施加的电压的变化与所输出的脉冲激光的输出能量之间的关系的另一个示例的曲线图。在本实施方式中，通过控制电路7b使电压施加电路7a施加到普克尔盒6上的电压，从大约OV至大约-3000V以大约800ns下比上述图3所示实施例相对缓和地产生变化，则脉冲激光的峰值能量达到大约0.6mJ，脉冲宽度达到大约70ns。如上所述，通过控制电路7b使经由电压施加电路7a施加的电压的变化率变小，从而能够延长脉冲激光的脉冲宽度，并降低其峰值能量。
[0076]进一步，图5是表示向普克尔盒6施加的电压的变化与所输出的脉冲激光的输出能量之间的关系的又一个示例的曲线图。在本实施方式中，通过控制电路7b使电压施加电路7a施加到普克尔盒6上的电压，从大约OV至大约-1500V以大约300ns下产生变化之后，再从大约-1500V至大约-4500V进一步以大约600ns下产生变化。
[0077]如图5所示，在从大约OV至大约-1500V的电压变化和从大约-1500V至大约-4500V的电压变化之间，电压的变化率产生了一次变化。即，图5中的大约-1500V前后的电压的曲线斜度发生了变化。如此，当使电压的变化率阶段性地产生变化时，则在通过控制电路7b使电压的变化率产生变化的点(以下称为“控制点”)C之后也能够产生峰值。本实施例中，脉冲激光的第一峰值能量达到大约0.5?0.6mJ、第二峰值能量也同样达到约0.5?0.6mJ、脉冲宽度达到150ns。如上所述，通过控制电路7b使电压施加电路7a施加到普克尔盒6上的电压的变化率阶段性地产生变化，从而能够延长所输出的脉冲激光的脉冲宽度，并降低脉冲激光的峰值能量。
[0078]其中，通过电压施加电路7a施加的电压的变化率以及控制点C的数量，可以根据所需的脉冲宽度以及输出能量设定即可。另外，也可以不使用λ/4波阻片5，使用根据电压的施加而作为λ /2波阻片发挥功能的第一电光元件来替代普克尔盒6。
[0079]图6是表示本发明的脉冲激光振荡器的第二实施方式的示意图。这里，对于与第一实施方式相同的构成要件赋予相同的附图标记，并对与第一实施方式不同的部分进行说明。
[0080]该第二实施方式中，在λ/4波阻片5和后反光镜3b之间，设有第一普克尔盒6a和第二普克尔盒6b。这两个普克尔盒6a、6b是根据所施加的电压使光产生偏振的第一电光元件，如图6所示，在λ/4波阻片5左侧的光轴L上，自λ/4波阻片5—侧开始依次设置有第一普克尔盒6a、第二普克尔盒6b。这两个普克尔盒6a、6b在没有施加电压的状态下不会使光产生偏振，但被施加电压后则会使光产生偏振，其偏振的程度依赖于施加电压。
[0081]在上述第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b上电连接有电压控制装置7。电压控制装置7是分别向第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b施加电压并对所施加的电压进行控制的元件，其由第一电压施加电路8a、第二电压施加电路8b、第一控制电路9a以及第二控制电路9b构成。
[0082]第一电压施加电路8a是向第一普克尔盒6a施加电压的兀件,与第一普克尔盒6a电连接。在该第一电压施加电路8a上连接有第一控制电路9a，该第一控制电路9a通过控制经由第一电压施加电路8a向第一普克尔盒6a所施加的电压,使入射到第一普克尔盒6a中的光的偏振程度产生变化，从而来控制激光的振荡。
[0083]第二电压施加电路8b是向第二普克尔盒6b施加电压的元件，与第二普克尔盒6b电连接。在该第二电压施加电路8b上连接有第二控制电路9b，该第二控制电路9b通过控制经由第二电压施加电路8b向第二普克尔盒6b所施加的电压，使入射到第二普克尔盒6b中的光的偏振程度产生变化，从而来控制激光的振荡。
[0084]接着，对如上构成的脉冲激光振荡器的第二实施方式的动作以及脉冲激光振荡控制方法进行说明。
[0085]在利用该脉冲激光振荡器振荡脉冲激光时，首先，第一控制电路9a以及第二控制电路9b分别向第一电压施加电路8a以及第二电压施加电路8b发送信号，并控制其使得向第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b的施加电压为0V。在该状态下，闪光灯2发光，当向YAG棒I照射光时，YAG棒I内的一部分原子成为激励状态，则从YAG棒I沿着光轴L发射出光。从YAG棒I朝向起偏振镜4的方向(箭头A的方向)发射出的光，如图6所示，以成为布儒斯特角的入射角Θ入射到起偏振镜4。入射的光中，P偏振光透射过起偏振镜4，而s偏振光以及圆(或者椭圆)偏振光则由起偏振镜4反射,朝向光轴L的外方向前行。
[0086]透射过起偏振镜4的P偏振光，入射到λ /4波阻片5并产生90° ( π /2)的相位差，从而变换为圆偏振光，并入射到第一普克尔盒6a中。此时，由于没有向第一普克尔盒6a施加电压，因此不会使入射光产生偏振，而直接透射。因此，入射到第一普克尔盒6a中的上述圆偏振光，如图6所示，保持圆偏振光的状态透射过第一普克尔盒6a。透射过的圆偏振光在第二普克尔盒6b上也和上述同样地保持圆偏振光的状态透射，然后被后反光镜3b反射后，再一次透射过第二普克尔盒6b以及第一普克尔盒6a，然后入射到λ/4波阻片5上。
[0087]当圆偏振光入射到λ/4波阻片5上时，进一步产生90° (π/2)的相位差，从而变换为s偏振光(即，与从YAG棒I发射出并透射过起偏振镜4的P偏振光之间,相位相差180° (Ji)的状态)，并以成为布儒斯特角(偏振角)的入射角Θ入射到起偏振镜4上。由于起偏振镜4具有如上所述的反射s偏振光的功能,因此入射的s偏振光被起偏振镜4反射，朝向光轴L的外方向前行。
[0088]如上所述，在没有向第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b施加电压的状态下，从YAG棒I发射出的光被起偏振镜4反射，并且不会再度入射到YAG棒I上，因此，就不会发生在光谐振器3内的谐振，从而能够抑制脉冲激光的振汤。
[0089]接着，直至YAG棒I内的被激励原子的数量成为作为脉冲激光所要输出能量所需的量(粒子数反转变得足够大)为止而维持上述未施加电压状态之后，通过第一控制电路9a以及第二控制电路％，使第一电压施加电路8a以及第二电压施加电路Sb施加到第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b上的电压产生变化。当通过第一电压施加电路8a以及第二电压施加电路8b向第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b施加了电压时，则第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b根据所施加的电压使光产生偏振。当分别向该两个普克尔盒6a、6b施加规定的电压时，则两个普克尔盒6a、6b作为整体作为λ/4波阻片发挥功能。此时，向上述两个普克尔盒6a、6b所施加的电压的大小、方向以及使其产生变化的时间，可通过第一控制电路9a以及第二控制电路9b控制为相同，也可以控制为不同。
[0090]在向第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b施加了电压的状态下，从YAG棒I朝向起偏振镜4方向(箭头A方向)发射出的光，如图7所示，与上述未施加电压的状态同样地，仅有P偏振光透射过起偏振镜4，s偏振光以及圆(椭圆)偏振光则被起偏振镜4反射。透射过起偏振镜4的P偏振光，通过λ /4波阻片5变换为圆偏振光，然后入射到第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b中。由于通过施加电压使得第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b作为整体作为λ /4波阻片发挥功能，因此入射到第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b中的圆偏振光，通过透射过该两个普克尔盒6a、6b而产生90° ( π/2)的相位差，从而变换为s偏振光(S卩，与从YAG棒I发射出并透射过起偏振镜4的P偏振光之间，相位相差180° ( 31 )的状态)。
[0091]该s偏振光被后反光镜3b反射后，再一次入射到第二普克尔盒6b以及第一普克尔盒6a中，进一步产生90° (Jr/2)的相位差，从而变换为圆偏振光(即，与从YAG棒I发射出并透射过起偏振镜4的P偏振光之间，相位相差270° (3 /2)的状态)。该圆偏振光入射到λ /4波阻片5上，进一步产生90°的相位差，从而变换为P偏振光(即，与从YAG棒I发射出并透射过起偏振镜4的P偏振光之间，相位相差360° (2 )的状态)。
[0092]该P偏振光以成为布儒斯特角的入射角Θ入射到起偏振镜4，并透射过起偏振镜4。透射过起偏振镜4的光，从图7中的YAG棒I的左侧入射，使得在YAG棒I内产生受激发射，然后从图7中的YAH棒I的右侧放射出，然后被前反光镜3a反射，从图7中的右侧朝向左侧通过YAG棒I。以下，以同样的顺序在光谐振器3内进行光的往复，通过受激发射放大的相干光的一部分从前反光镜3a朝向箭头B方向作为激光输出。
[0093]这里，仅使通过第一控制电路9a使第一电压施加电路8a施加到第一普克尔盒6a上的电压(不向第二普克尔盒6b施加电压)，如图3所示从大约OV至大约-4000V以大约IOOns下产生变化，则脉冲激光的峰值能量达到大约13.0mJ，脉冲宽度达到大约10ns。
[0094]另外，通过第一控制电路9a使第一电压施加电路8a施加到第一普克尔盒6a上的电压的总和，如图4所示从大约OV至大约-3000V以大约800ns下比上述图3所示实施例相对缓和地产生变化，则脉冲激光的峰值能量达到大约0.6mJ，脉冲宽度达到大约70ns。如此，通过利用第一控制电路9a使经由第一电压施加电路8a施加的电压的变化率变小，从而能够延长脉冲激光的脉冲宽度，并降低其峰值能量。这里，仅对第二普克尔盒6b施加电压(不向第一普克尔盒6a施加电压)时的情况也是同样的。另夕卜，同时向第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b双方都施加电压的情况下也是同样的结果。即，通过利用第一控制电路9a以及第二控制电路9b使得施加到第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b上的电压产生变化，从而能够延长所输出的脉冲激光的脉冲宽度，并降低脉冲激光的峰值能量。
[0095]进一步，如图5所示，也可以通过第一控制电路9a使第一电压施加电路8a施加到第一普克尔盒6a上的电压，从大约OV至大约-1500V以大约300ns下产生变化之后，再从大约-1500V至大约-4500V进一步以大约600ns下产生变化。
[0096]图5中，在从大约OV至大约-1500V的电压变化和从大约-1500V至大约-4500V的电压变化之间，电压的变化率产生了一次变化。即，图5中的大约-1500V前后的电压的曲线斜度发生了变化。如此，当使电压的变化率阶段性地产生变化时，则在通过第一控制电路9a使电压的变化率产生变化的控制点C之后也能够产生峰值。本实施例中，脉冲激光的第一峰值能量达到大约0.5?0.6mJ、第二峰值能量也同样达到0.5?0.6mJ、脉冲宽度达到 150ns。
[0097]如上所述，通过利用第一控制电路9a使第一电压施加电路8a施加到第一普克尔盒6a上的电压的变化率阶段性地产生变化，从而能够延长所输出的脉冲激光的脉冲宽度，并降低脉冲激光的峰值能量。这里，仅对第二普克尔盒6b施加电压(不向第一普克尔盒6a施加电压)时的情况也是同样的。另外，同时向第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b双方都施加电压的情况下也是同样的结果。即，通过利用第一控制电路9a以及第二控制电路9b使得第一电压施加电路8a以及第二电压施加电路Sb施加到第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b上的电压的变化率阶段性地产生变化，从而能够延长所输出的脉冲激光的脉冲宽度，并降低脉冲激光的峰值能量。
[0098]其中，上述控制点C的数量，可以根据所需的脉冲宽度以及峰值能量任意地进行确定即可。
[0099]图8是模式地表示对两个普克尔盒6a、6b的电压控制的曲线图。如图8(a)所示，通过利用第一控制电路9a对施加到第一普克尔盒6a上的电压进行控制，利用第二控制电路9b对施加到第二普克尔盒6b上的电压进行控制，从而能够使得向这两个普克尔盒6a、6b施加电压的时间错开。如上所述，向两个普克尔盒6a、6b施加电压的时间错开的电压控制，与将两个普克尔盒6a、6b作为整体，如图8 (b)所示使向两个普克尔盒6a、6b的总施加电压的变化率阶段性地产生一次变化(控制点C为I个时)的电压控制是等价的。即，通过使向两个普克尔盒6a、6b施加电压的时间错开，从而与使向一方的普克尔盒施加电压的变化率阶段性地产生变化的情况同样地，能够延长所输出的脉冲激光的脉冲宽度，并能够降低脉冲激光的峰值能量。此时，由于不需要第一控制电路9a以及第二控制电路9b分别使施加到第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b上的电压的变化率阶段性地产生变化，从而使得控制更容易。因此，可以使用简单构成的控制电路。
[0100]另外，如图9 (a)所示，也可以使向第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b施加电压的时间错开，同时分别使施加电压的变化率阶段性地产生变化。如上所述，向两个普克尔盒6a、6b施加电压的时间错开同时分别使施加电压的变化率阶段性地产生变化的电压控制，与将两个普克尔盒6a、6b作为整体，并对第一普克尔盒6a或者第二普克尔盒6b中的任意一方，如图9 (b)所示使电压的变化率阶段性地产生3次变化(控制点C为3个)的电压控制是等价的。
[0101]如图10以及图11所示，在对两个普克尔盒6a、6b向相互相同的方向施加电压的情况下，通过分别向两个普克尔盒6a、6b施加比仅对一方的普克尔盒施加电压并使其作为λ /4波阻片发挥功能所需的电压更低的电压，就能够将两个普克尔盒6a、6b作为整体作为入/4波阻片发挥功能。
[0102]例如，在第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b都是通过施加3.6kV的电压而作为λ/4波阻片发挥功能的普克尔盒的情况下，若仅对任意一方的普克尔盒施加电压(对另外一方不施加电压)，为了获得100%的脉冲激光的输出能量，则必须使施加电压一方的普克尔盒作为λ/4波阻片发挥功能，因此如图10 (a)所示，必须要施加3.6kV的电压。相对于此，若对两个普克尔盒6a、6b施加相互相同方向且相同大小的电压，则为了获得100%的脉冲激光的输出能量，只需将两个普克尔盒6a、6b作为整体作为λ /4波阻片发挥功能即可，因此如图10(b)所示，仅需要施加1.8kV的电压即可。即，在向两个普克尔盒6a、6b施加相互相同方向的电压的情况下，能够降低为获取100%的脉冲激光的输出能量而所需的电压。
[0103]进一步，也可以向第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b施加相互相反方向的电压。如图11所示，相对于对两个普克尔盒6a、6b向同一方向施加电压的情况下的第一次峰值P1的峰值能量约为0.6mJ，对两个普克尔盒6a、6b使其电压产生变化的时间错开并向相互相反的方向施加电压的情况下的第一次峰值P2的峰值能量约为0.2mJ。即，当使电压产生变化的时间错开并向相互相反的方向施加电压时，则能够降低第一次的峰值能量。[0104]其中，在上述实施方式中，第一普克尔盒6a以及第二普克尔盒6b使用了通过施加电压而作为λ /4波阻片发挥功能的普克尔盒，但这两个普克尔盒6a、6b只要是通过施加电压作为整体作为λ/4波阻片发挥功能的元件即可，例如也可以使用通过施加电压而作为λ /2波阻片发挥功能的普克尔盒或者普克尔盒之外其他电光元件。
[0105]另外，也可以通过在向一方的普克尔盒施加规定的电压而作为λ/4波阻片功能的状态下使施加到另一方的普克尔盒的电压产生变化，或者将两个普克尔盒6a、6b作为整体并通过施加规定的电压而作为λ/2波阻片发挥功能，从而控制脉冲激光的振荡。此时，就不需要λ /4波阻片5，从而能够减少脉冲激光器的部件数量。
[0106]如上所述，根据上述第一实施方式以及第二实施方式，通过电压控制装置使施加到第一电光元件上的电压值时效地变化，从而能够控制激光的脉冲宽度。因此，能够延长所输出的脉冲激光的脉冲宽度，同时能够降低脉冲激光的峰值能量。
[0107]另外，由于无需使用将激光进行分光的分光镜以及用于延迟光系统的反光镜就能够延长脉冲宽度，因此能够紧凑地构成脉冲激光振荡器。
[0108]进一步，由于在使用脉冲激光振荡器时无需对上述分光镜以及用于延长光系统的反光镜进行调整，因此使得用于使用脉冲激光振荡器的作业变得容易。
[0109]进一步，通过使施加到电光元件上的电压的变化率阶段性地产生变化，而能够发射出脉冲宽度更长的长脉冲激光，同时能够进一步降低脉冲激光的峰值能量。
[0110]图12是表示本发明的脉冲激光振荡器的第三实施方式的平面图。这里，对与第一实施方式相同构成要件赋予相同的附图标记，并对与第一实施方式不同的部分进行说明。
[0111]该第三实施方式，具备:谐振器3、光放大器11和激光用衰减器12，并按照自激光的前行方向的上游侧朝向下游侧按顺序进行设置。
[0112]上述谐振器3是与上述第一实施方式中的谐振器具有相同功能的元件，其具备:配置在前反光镜3a以及后反光镜3b之间并作为由未图示的闪光灯激励而发射激光的激光介质的例如ND =YAG棒I ;以及配置在该ND =YAG棒I的后方并由作为偏振元件的起偏振镜
4、λ /4波阻片5以及普克尔盒6构成的Q开关10而构成。
[0113]此时，通过未图示的控制装置对向上述普克尔盒6的施加电压进行与上述第一实施方式同样的控制，从而能够扩大脉冲激光的脉冲宽度。
[0114]上述光放大器11是将激光的脉冲能量进行放大并输出的元件，例如使用ND =YAG棒。
[0115]另外，上述激光用衰减器12是有选择地降低一个脉冲的激光中的特定时间的能量的元件。
[0116]上述激光用衰减器12的具体构成例，如图13所示，具备:在激光的光路上配置成正交偏光镜的作为偏振兀件的第一以及第二偏振分光镜13a、13b、和相对于入射的直线偏振光(例如P偏振光)光轴呈45°地配置在该第一以及第二偏振分光镜13a、13b之间，并通过施加电压使通过内部的激光的偏振面旋转的作为第二电光元件的普克尔盒14、以及对该普克尔盒14的施加电压值以及施加时间进行控制的控制部15。
[0117]本第三实施方式中使用的普克尔盒14，作为一个示例有通过施加最大-3.6kV的电压而获得λ/4波阻片的效果的元件，通过将第三以及第四普克尔盒14a、14b串联设置并在施加电压最大-3.6kV下进行串联控制，从而通过第三以及第四普克尔盒14a、14b的组合而获得λ/2波阻片的效果。此时，当使第三以及第四普克尔盒14a、14b的施加电压在例如OkV?-3.6kV之间产生变化时，则激光用衰减器12的光透射率可在0%?100%之间变化。
[0118]其中，图12中，附图标记16为第二起偏振镜，附图标记17为扩大激光光束的直径的光束扩展器，附图标记18为发射反光镜。
[0119]接着，对如上构成的第三实施方式的动作、特别是对激光用衰减器12的动作进行说明。
[0120]首先，对激光用衰减器12使激光100%透射过的情况进行说明。该情况下，向激光用衰减器12的第三以及第四普克尔盒14a、14b分别施加了 -3.6kV的电压。
[0121]此时，入射到激光用衰减器12中的激光，首先，在第一偏振分光镜13a的反射面19a上，被分离成具有与相对于该反射面19a的入射面平行的偏振面并且透过反射面19a的直线偏振光(P偏振光)、和具有垂直于上述入射面的偏振面并且被上述反射面19a反射的直线偏振光(s偏振光)。
[0122]透过第一偏振分光镜13a的p偏振光，入射到第三普克尔盒14a中。该情况下，第三普克尔盒14a被施加了-3.6kV的电压而发挥λ/4波阻片的效果。因此，入射到第三普克尔盒14a的P偏振光的激光，在通过第三普克尔盒14a的过程中产生90°的相位差而变成圆偏振光并透射出第三普克尔盒14a。
[0123]接着，上述圆偏振光入射到第四普克尔盒14b中。此时，由于第四普克尔盒14b也被施加了-3.6kV的电压，因此第四普克尔盒14b也发挥λ/4波阻片的效果。因此，入射到该第四普克尔盒14b的圆偏振光的激光，在通过第四普克尔盒14b内部的过程中进一步产生90°的相位差。由此，透射过第一偏振分光镜13a的P偏振光，通过第三以及第四普克尔盒14a、14b使其偏振面产生了 90°旋转，然后入射到第二偏振分光镜13b。
[0124]这里，由于第一偏振分光镜13a和第二偏振分光镜13b是配置成正交偏光镜的关系，因此，各偏振分光镜13a、13b的反射面19a、19b就成为以光轴为中心相互产生了 90°旋转的关系。从而，入射到第二偏振分光镜13b的直线偏振光,相对于第二偏振分光镜13b的反射面1%成为P偏振光的关系，并透射过该反射面19b。
[0125]另一方面，当没有对第三以及第四普克尔盒14a、14b施加电压时，由于通过该普克尔盒14的直线偏振光的偏振面不发生旋转，因此透射过第一偏振分光镜13a的P偏振光，直接入射到第二偏振分光镜13b上。该情况下,上述P偏振光,相对于第二偏振分光镜13b的反射面19b成为s偏振光的关系，因此在该反射面19b被反射到图13的例如外侧(或者里侧)，并且被未图示的光吸收材料所吸收而不会透射出激光用衰减器12。
[0126]如上所述，通过使第三以及第四普克尔盒14a、14b的施加电压在OkV?_3.6kV之间产生适当的变化，使通过普克尔盒14的直线偏振光的偏振面产生旋转，并提取出相对于第二偏振分光镜13b的反射面19b成为P偏振光关系的偏振光成分,就可以将激光用衰减器12输出的激光的能量强度在0%?100%之间进行调整。
[0127]然而，本发明的脉冲激光振荡器是能够对Q开关10的普克尔盒6的施加电压进行渐减控制，和能够延长例如图4或者图5所示所产生的激光的脉冲宽度的元件。但是，由于如上所述所生成的长脉冲的激光在特定时间会放射出过大的脉冲能量，因此例如在对半导体基板的非晶体硅进行退火处理而进行多晶硅化时，有可能会出现无法实现均匀的退火处理的问题。[0128]因此，本发明的脉冲激光振荡器中，通过对激光用衰减器12的普克尔盒14的施加电压值以及施加时间进行控制，从而能够有选择地降低一个脉冲的激光中特定时间的脉冲能量，使一个脉冲内的激光能量保持几乎恒定。下面，对激光用衰减器12的上述动作进行说明。
[0129]在向激光用衰减器12输入例如图14 Ca)所示的在时间tn内发射出过大的脉冲能量的长脉冲的激光的情况下，当想要将该脉冲能量降低例如50%时，则如图15 (a)所示，在时间tn内向第三以及第四普克尔盒14a、14b的施加电压控制为_1.8kV，经过时间tn之后则控制为-3.6kV。
[0130]由此，如图15 (b)所示，在最初的时间tn内使透射过激光用衰减器12的激光的透过率降低至50%，而经过时间tn之后透过率变为100%。因此，如图14 (a)所示的长脉冲的激光，其最初的时间tn内的激光强度降低了 50%，而经过时间tn之后的激光强度又维持了原有的强度。其结果是，如图14 (b)所示一个脉冲内的激光强度几乎保持恒定。
[0131]如上所述，根据第三实施方式，能够有选择地降低长脉冲的激光中特定时间的过大的能量。因此，能够获得横跨整个脉冲宽度几乎恒定的能量。由此，在使用该激光进行加工时，就能够防止由于过大的能量集中在局部而烧损加工物等缺陷的发生。
[0132]其中，在上述第三实施方式中，对激光用衰减器12具备第三以及第四普克尔盒14a、14b的情况进行了说明，但如果是通过施加电压而能够发挥λ/2波阻片效果的电光元件，有一个也可以。
[0133]另外，在上述第三实施方式中，对将激光用衰减器12设置在光放大器11的下游侧的情况进行了说明，但本发明并不局限于此，也可以将其设置在光放大器11的上游侧。但是，当将其设置在光放大器11的上游侧时，与所选择的特定时间内所降低的激光能量一起，干扰也会通过后面的光放大器11被放大，因此，会出现S/N变差的可能性。从而，优选如上述第三实施方式那样将激光用衰减器12设置在光放大器11的下游侧。另外，也可以为降低脉冲激光振荡器发射出的激光的能量而设置激光用衰减器12。
[0134]另外，本发明的脉冲激光振荡器，不仅仅只用于退火处理，还可以用于打孔加工等任何激光加工中。
【权利要求】
1.一种脉冲激光振荡器，具备:根据所施加的电压而使光产生偏振的第一电光兀件、和向所述第一电光元件施加电压并对电压进行控制的电压控制装置，其特征在于， 通过所述电压控制装置使施加到所述第一电光元件的电压值时效地变化，从而控制激光的脉冲宽度。
2.如权利要求1所述的脉冲激光振荡器，其特征在于，具备多个所述第一电光元件，并使施加到该多个第一电光兀件各自的电压值分别时效地变化。
3.如权利要求1所述的脉冲激光振荡器，其特征在于，所述电压控制装置使施加到所述第一电光元件的电压值的变化率阶段性地产生变化。
4.如权利要求2所述的脉冲激光振荡器，其特征在于，具备两个所述第一电光元件，并通过所述电压控制装置向所述两个第一电光元件分别施加相互反向的电压。
5.如权利要求1所述的脉冲激光振荡器，其特征在于，所述第一电光元件为普克尔盒，并且具备λ/4波阻片。
6.如权利要求1所述的脉冲激光振荡器，其特征在于，在所述激光的光路上还具备激光用衰减器，该激光用衰减器包括:配置成正交偏光镜的两个偏振元件、配置在所述两个偏振元件之间并通过施加电压而使通过内部的激光的偏振面产生旋转的第二电光元件、以及对施加到所述第二电光元件的施加电压值以及施加时间进行控制的控制部。
7.如权利要求6所述的脉冲激光振荡器，其特征在于，所述第二电光元件为普克尔盒。
8.如权利要求7所述的脉冲激光振荡器，其特征在于，所述普克尔盒为多个串联排列进行配置。
9.如权利要求6所述的脉冲激光振荡器，其特征在于，所述激光用衰减器配置在设于所述激光的光路上的光放大器的下游侧。
10.一种脉冲激光振荡控制方法，是通过使施加到根据所施加的电压而使光偏振的第一电光元件上的电压产生变化，从而控制激光的振荡的激光振荡控制方法，其特征在于， 通过使施加到所述第一电光元件的电压值时效地变化，从而控制激光的脉冲宽度。
11.如权利要求10所述的脉冲激光振荡控制方法，其特征在于，具备多个所述第一电光元件，并使施加到该多个第一电光元件各自的电压值分别时效地变化。
12.如权利要求10所述的脉冲激光振荡控制方法，其特征在于，使施加到所述第一电光元件的电压值的变化率阶段性地产生变化。
13.如权利要求11所述的脉冲激光振荡控制方法，其特征在于，具备两个所述第一电光元件，并通过电压控制装置向所述两个第一电光元件分别施加相互反向的电压。
【文档编号】H01S3/107GK103636083SQ201280030065
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年7月9日 优先权日:2011年7月11日
【发明者】梶山康一, 水村通伸, 木口哲也, 石井大助, 柳川良勝, 滝本政美 申请人:株式会社V技术