JP2021021933A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化およびコストの点で有利な光学装置を提供する。【解決手段】光の波長分散を行う光学装置であって、入射した光を透過して波長毎に光路が異なるように分散させ、第１分散光を生成する分散素子と、第１分散光を順次反射する４つの反射面を含む反射部と、を有し、４つの反射面で順次反射された第１分散光を分散素子に入射させて分散素子を透過させる。【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置に関する。

短パルス光の光強度を増幅する際に、チャープパルス増幅という方法が用いられる。チャープパルス増幅ではパルス光に波長分散を与えて時間幅を広げた後、パルス光を増幅し、先に与えた波長分散と逆の波長分散を与えることでパルス光を時間的に圧縮する。

また、光干渉断層法（光コヒーレンストモグラフィ、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ））では、広帯域光を用いた干渉計に基づいて信号を得ている。その際、測定対象に照射され返って来た後方散乱光と、干渉させる参照光との波長分散をほぼ一致させることで、高い分解能を得ることが出来る。このように、短パルス光や広帯域光を用いる分野では、その波長分散量を制御することが必要である。

従来、波長分散の制御方法として、回折格子を用いる方法がある。一般的には二つの回折格子を平行に配置した構成が取られる。また、特許文献１のような構成も開示されている。特許文献１では、水平方向のルーフミラーと垂直方向のルーフミラーを配置している。

特開２００７−６７１２３号公報

しかし、従来の波長分散制御装置では、反射型回折格子を用いており、コーナーミラーで折り返すため、入射光と回折光とが横方向でずれてしまい、回折格子の横幅が大きくなるという問題がある。

そこで、本発明は、小型化およびコストの点で有利な光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、光の波長分散を行う光学装置であって、入射した光を透過して波長毎に光路が異なるように分散させ、第１分散光を生成する分散素子と、前記第１分散光を順次反射する４つの反射面を含む反射部と、を有し、前記４つの反射面で順次反射された前記第１分散光を前記分散素子に入射させて前記分散素子を透過させることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、小型化およびコストの点で有利な光学装置を提供することができる。

第１実施形態および実施例１の波長分散装置を説明する図である。 第１実施形態に係る分散素子の表面における入射光と分散光の入射位置を説明する図である。 第１実施形態に基づく実施例２の波長分散装置の概略図である。 第１実施形態に基づく実施例４の波長分散装置の概略図である。 第１実施形態に基づく実施例５の波長分散装置の概略図である。 第１実施形態に基づく実施例５の他例の波長分散装置の概略図である。 第２実施形態に係る分散素子の表面における入射光と分散光の入射位置を説明する図である。 第３実施形態および実施例７の波長分散装置を説明する図である。 第６実施形態に基づいた実施例８の加工装置の概略図である。 第７実施形態に係る光干渉断層計の概略図である。 第８実施形態に係る波長分散測定装置の概略図である。 異常分散および正常分散を与える原理について説明する模式図である。 第５実施形態に係る波長分散測定装置の概略図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態および実施例１の波長分散装置（光学装置）１００を説明する図である。波長分散装置１００は、分散素子１０２、導光光学系１０４、折り返しミラー１０６、および、エッジミラー１０９を備える。

不図示の光源からの入射光１０１は、分散素子１０２に入射される。入射された入射光１０１は分散素子１０２により、波長に応じて空間的に分散される。本実施形態では分散素子１０２として透過型の回折格子１０２１を用いる。ただし、透過型の回折格子に限らず、プリズムやグリズムなどを用いても良い。分散素子１０２は、入射した光を透過して波長毎に光路が異なるように分散させ、分散光１０３（第１分散光）を生成する。分散光１０３は、導光光学系１０４（反射部）を伝搬して、分散素子１０２に照射される。導光光学系１０４は、分散光１０３を順次反射する複数の反射面を含む。本実施形態では、複数の反射面として、４枚ミラー、第１ミラー１０４１、第２ミラー１０４２、第３ミラー１０４３、および、第４ミラー１０４４を用いた。次に、導光光学系１０４を伝搬した分散光１０３は、分散素子１０２を透過後に平行光１０５（第２分散光）となるように分散素子１０２に入射され、分散素子１０２を透過する。

図２は、第１実施形態に係る分散素子１０２の表面における入射光１０１と分散光１０３の入射位置を説明する図である。なお、ここで、分散素子１０２の表面において、空間的に分散する方向を横方向（ここではＸ方向）、それに対して垂直な方向（ここではＺ方向）を縦方向とする。図２（Ａ）は、Ｚ方向から分散素子１０２を見た図である。図２（Ｂ）は、横方向及び縦方向に直交する方向であるＹ方向から分散素子１０２をみた図である。図２（Ｂ）において、Ｒ１は、分散素子１０２の表面において入射光１０１が入射される点を示している。また、Ｒ６は、分散素子１０２の表面において分散光１０３が入射される点を示している。図２に示すように、透過型の分散素子１０２を用いることにより、分散光１０３は、分散素子１０２の表面において、入射光１０１と横方向には少なくとも一部が重なりつつ、縦方向には重ならないように分散素子１０２に入射される。なお、ここでは、分散素子１０２として透過型の回折格子１０２１を用いているため、分散素子１０２の表面における入射光１０１と分散光１０３の入射位置について言及した。しかし、分散素子１０２としてグリズムを用いる場合は、上述の説明における「表面」を「内部」と読み替えるものとする。

分散素子１０２を透過した分散光１０３は、平行光１０５となり、該平行光１０５は、折り返しミラー１０６により反射され、折り返し光１０７となって伝搬する。折り返し光１０７は横方向には平行光１０５と角度を変えずに反射されて伝搬する。縦方向にはわずかに角度を変えて反射される。そして、分散素子１０２に照射され、導光光学系１０４を伝搬し、再度分散素子１０２に入射され、分散光１０８として伝搬する。分散光１０８は、折り返しミラー１０６が縦方向に角度を変えて折り返したことによって、入射光とは縦方向にわずかに異なる位置で分散素子１０２から伝搬してくる。エッジミラー１０９を用いて、分散光１０８を受け、射出光１１０を出力する。

本実施形態により、分散素子の横方向における幅をこれまでよりも狭くすることが可能となる。これにより、波長分散装置全体のサイズを小さくすることが可能となる。また、分散素子サイズを小さくすることで、低コスト化が可能となる。

（実施例１）
図１を用いて、実施例１を説明する。本実施例では分散素子１０２として透過型の回折格子１０２１を用いる。入射光１０１は中心波長１０３０ｎｍで、スペクトル幅が１０ｎｍのパルス光である。分散パラメータＤがおよそ−４３［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］である光ファイバを２ｋｍ伝搬することでおよそ１ｎｓｅｃに広がっている。

分散素子１０２として用いる回折格子１０２１は１７４０本／ｍｍの格子密度である。横方向の幅は１８０ｍｍ、縦方向の幅は６０ｍｍのものを用いた。入射光１０１の入射角度はおよそ６３．５度である。また、回折格子１０２１の溝構造に平行かつ、回折格子の平面に対し０．２５度下向きに入射する。およそ１ｎｓｅｃに広がっているパルス光の波長分散を補償するために、二つの平行の回折格子からなる回折格子対を用いた場合、それら二つの回折格子の平行での距離は３１７ｍｍ程度である。分散光１０３を受光する際の中心波長の光路長はおよそ７４５ｍｍである。また、回折格子の横方向の幅は１４５ｍｍ必要である。そこで、導光光学系１０４として、４枚のミラー、第１ミラー１０４１、第２ミラー１０４２、第３ミラー１０４３、および第４ミラー１０４４を用いた。

分散光１０３は第１ミラー１０４１によって、光の伝搬する方向に対してほぼ直角となる方向に反射する。ここでは、分散される方向（横方向）とも直角となる方向に反射されるように配置した。第１ミラー１０４１によって反射された分散光１０３は、第２ミラー１０４２により反射され、第３ミラー１０４３へ導光される。第３ミラー１０４３で反射された光は第４ミラー１０４４により反射され、回折格子１０２１へ導光され、回折格子１０２１へ入射する。この時、回折格子１０２１へ導光される分散光１０３は、二つの平行の回折格子からなる回折格子対を用いた場合の二つ目の回折格子へ照射される条件と等しい条件となるように導光される。また、回折格子１０２１の表面において空間的に分散する方向を横方向、それと直交する方向を縦方向とした場合、回折格子１０２１の縦方向には全反射しない条件下で角度を有していても良い。

本実施例において、入射光１０１と分散光１０３は、縦方向で１０ｍｍずれるように、回折格子１０２１へ入射される。分散光１０３が回折格子１０２１で分散されてから第１ミラー１０４１〜第４ミラー１０４４を伝搬して、回折格子１０２１に入射される光路長はおよそ７４５ｍｍである。光路長は第１ミラー１０４１〜第４ミラー１０４４のうち少なくとも一つ以上を移動させることで調整できる。よって、導光光学系１０４は、例えば、第１ミラー１０４１〜第４ミラー１０４４の反射面を駆動する駆動機構を備えていることが好ましい。駆動機構は、第１ミラー１０４１〜第４ミラー１０４４のうち少なくとも一つ以上を移動することが可能であればよく、それぞれのミラーに対して個別に備えられていても良いし、複数のミラーに対して１つの駆動機構が備えられていても良い。

回折格子１０２１に入射された分散光１０３は、回折格子１０２１を透過して平行光１０５として射出され、折り返しミラー１０６により反射される。この時、横方向については角度を変えずに反射する。縦方向については、入射光が０．２５度だけ下向きに入射されているため、ミラー面の垂直面に対し、０．２５度だけ下向き入射され、０．２５度だけ下向きに反射する。

反射された光は、折り返しミラー１０６に向かってきた光路のわずかに下を逆方向に伝搬して行き、回折格子１０２１をさらに二回伝搬する。そして、再び入射光１０１と同等のスポット径となる。折り返しミラー１０６により、入射と反射で合わせて０．５度だけ下向きに反射されているため、回折格子１０２１では、入射光に対しておよそ７ｍｍ下方を伝搬する。さらに、回折格子１０２１から５０ｍｍ離れた位置に設置したエッジミラー１０９によって、入射光を遮らずに光が反射され、射出光１１０を得る。

（実施例２）
実施例１では折り返しミラー１０６を一枚のミラーとしたが、折り返しミラー１０６として直角に配置された二枚のミラーあるいは直角プリズムを配置し、高さを変えて折り返すとより好ましい。図３は、第１実施形態に基づく実施例２の波長分散装置１００１の概略図である。実施例２に係る波長分散装置１００１では、折り返しミラーとして直角プリズム１０６１を用いる。折り返しミラーとして直角プリズム１０６１を用いると、直角プリズム１０６１に照射される光と、折り返す光の光軸を平行とすることが可能となる。また、エッジミラー１０９を用いて、射出光１１０を出力したが、ハーフミラーやサーキュレータを用いても良い。サーキュレータの例として、偏波ビームスプリッタと１／４波長板から構成したものが上げられる。これにより、エッジミラーが入射光と重なることを配慮する必要が無くなり、調整が簡易化される。

（実施例３）
上述の実施例では導光光学系１０４に４枚のミラー（第１ミラー１０４１〜第４ミラー１０４４）を用いたが、３枚のミラーで構成し、分散素子１０２への分散光１０３を入射させる角度を調整して照射しても良い。また、２枚のミラーにより構成することも可能である。これにより、反射回数を減らし、ミラー枚数の低減によるコスト削減と光損失の低減が可能となる。

（実施例４）
図４は、第１実施形態に基づく実施例４の波長分散装置２００の概略図である。上述の実施例では、分散光１０３を第１ミラー１０４１によって、光の伝搬する方向と分散される方向（横方向）の両方ともに対して直角となる方向に反射されるように配置した。しかし、本実施例の波長分散装置２００では、図４に示すように光が分散される面と同一面上で折り返しても良い。このことで、高さを抑えた分散制御装置を提供することが可能となる。

（実施例５）
本実施例では、折り返しミラー１０６を取り除いた構成について説明する。図５は、第１実施形態に基づく実施例５の波長分散装置１００２の概略図である。波長分散装置１００２は、実施例１に係る波長分散装置１００から折り返しミラー１０６を取り除いた構成となっている。図６は、第１実施形態に基づく実施例５の他例の波長分散装置２００１の概略図である。波長分散装置２００１は、実施例４に係る波長分散装置２００から折り返しミラー１０６を取り除いた構成となっている。本実施形態により、空間分散された光が平行に伝搬する光学系をレンズ無しで構成することが可能となる。

本実施形態によれば、折り返しミラー１０６を構成する必要がないため、低コスト化が可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、図７に基づいて第２実施形態の波長分散装置について説明する。図７は、第２実施形態に係る分散素子１０２の表面における入射光１０１と分散光１０３の入射位置を説明する図である。図７（Ａ）は、Ｘ方向から分散素子１０２をみた図である。図７（Ｂ）は、Ｙ方向から分散素子１０２を見た図である。第１実施形態では、入射光１０１と分散光１０３では伝搬光軸は平行であり、分散素子１０２上の異なる高さを伝搬した。図７に示すように、第２実施形態では、分散素子１０２の表面において、入射光１０１と分散光１０３は少なくとも一部が重なり、分散方向と光伝搬方向に対して垂直な方向で異なる角度で分散素子１０２に入射される。言い換えると、分散光１０３は、分散素子１０２の表面において、入射光１０１と横方向、および、縦方向で少なくとも一部が重なるように分散素子１０２に入射される。

本実施形態により、分散素子１０２の縦方向の幅も狭くすることが可能となる。このことで、さらに薄型の波長分散装置を実現することが可能となる。また、分散素子サイズを小さくすることで、低コスト化が可能となる。

（実施例６）
本実施例では、実施例１と同一の素子を用いた。ただし、光軸や素子の配置が異なるため、以下に説明する。本実施例に係る波長分散装置の配置は、図４に示す波長分散装置２００の配置とほぼ同じである。分散素子１０２である回折格子１０２１は、その面を水平に対して垂直になるように配置されている。入射光１０１は水平に対して０．２５度上向きの角度で回折格子１０２１に入射する。回折格子の溝構造に対してはおよそ６３．５度で入射される。分散光１０３は、導光光学系１０４により、周回して、再度回折格子１０２１に照射される。導光光学系１０４は４枚のミラー、第１ミラー１０４１、第２ミラー１０４２、第３ミラー１０４３、および第４ミラー１０４４を用いた。本実施例では、分散光１０３は、実施例１とは異なり、回折格子１０２１の縦方向ではなく、横方向のうち一方を回り込むように伝搬するように、第１ミラー１０４１〜第４ミラー１０４４を配置した。第４ミラー１０４４は、分散素子１０２の表面において分散光１０３と入射光１０１との一部が横方向、および、縦方向で重なるように、分散光１０３を反射するよう調整した。この時、分散光１０３は水平に対して０．２５度下向きに角度で回折格子１０２１に照射されるように調整した。

実施例１と同様に、回折格子１０２１に照射された分散光１０３は平行光１０５として射出され、折り返しミラー１０６により反射される。この時、横方向については角度を変えずに反射し、縦方向については０．２５度だけ下向きに反射する。反射された光は、折り返しミラー１０６に向かってきた光路のわずかに下を伝搬して返って行き、回折格子１０２１をさらに二回伝搬する。そして、再び入射光１０１と同等のスポット径となる。折り返しミラー１０６により、入射光に対し０．５度だけ下向きに反射されているため、回折格子１０２１では、入射光に対しておよそ７ｍｍ下方を伝搬する。さらに、回折格子１０２１から５０ｍｍ離れた位置に設置したエッジミラー１０９によって、入射光を遮らずに光が反射され、射出光１１０を得る。

本実施例により、第１実施形態に比べて縦方向の回折格子幅を狭くすることが可能となる。なお、本実施例では入射光１０１と分散光１０３とで水平面に対して対称な角度で回折格子１０２１に入射されているが、対称な角度に限らない。対称な角度に限らないことで、組立の容易性が向上する。

＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態および実施例７の波長分散装置３００を説明する図である。図８（Ａ）は、第３実施形態および実施例７に係る波長分散装置３００の概略図である。図８（Ａ）では、中心波長の光路を破線で示す。本実施形態では、さらに導光光学系１０４の複数の反射面全体を回転させる回転機構３０１をさらに設ける。本実施形態では、回転機構３０１は、例えば、駆動可能なステージである。第１ミラー１０４１〜第４ミラー１０４４が配置されたステージを、回転軸を中心に回転させることにより、分散光１０３の光路長を変更することができる。ここで分散素子１０２は一例として回折格子１０２１とする。

反射素子４枚、ここでは、第１ミラー１０４１〜第４ミラー１０４４を用いて方形の導光光学系が構成されている場合を例として、分散光１０３の光路長を変更する原理を説明する。図８（Ｂ）は、分散光１０３の光路長を変更する原理を説明する図である。分散素子１０２に入射光が入射される点をＲ１とする。回折した分散光１０３が１枚目から４枚目までの反射面（第１ミラー１０４１、第２ミラー１０４２、第３ミラー１０４３、および、第４ミラー１０４４）で反射される点をそれぞれＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５とする。そして、分散光１０３が分散素子１０２に入射される点をＲ６とする。４枚の反射素子の反射面を延長した交点、すなわち、方形３０２の頂点をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とする。方形を全体的に回転させる角度をθｍとする。回折光の角度をθｒとする。方形を正方形とし、一辺の長さをａとする。ｘｙの座標軸を置き、入射光と回折格子の角度をθｇとする。すなわち、回折格子への入射角度は９０−θｇ°となる。

以上から、各点の座標は以下の通りとなる。

したがって、Ｒ１からＲ６までの長さは、角度θｍに応じて変化する。

Ｒ１からＲ６までの長さは、分散光１０３の光路長に相当する。即ち、導光光学系１０４全体を回転機構３０１によって回転させることにより、分散光１０３の光路長を変更することができる。

本実施形態により、反射素子間の距離を変えるのではなく、回転により分散を調整することが可能となる。このことで、導光光学系が分割されることが無くなり、光軸のずれなどが無い安定した調整が可能となる。

なお、導光光学系１０４の複数の反射面のうち、少なくとも２面を回転軸を中心に回転させることにより、分散光１０３の光路長を変更することができる。例えば、３つの反射面のうち１面を固定として、他の２面を回転軸を中心に回転させてもよい。このような構成の場合、例えば、ステージなどを小型化することが可能となり、装置全体を小型化することができる。また、反射面を減らすことで、反射損失を低減することができる。

（実施例７）
回転機構３０１による分散光１０３の光路長を変化の具体例について説明する。図８（Ｃ）は、回転機構３０１による分散光１０３の光路長の変化の一例を示す図である。回転機構３０１によって、導光光学系１０４全体を回転させることにより、分散光１０３の光路長は図８（Ｃ）のように変化する。ここで、正方形の一辺の長さａを２６５ｍｍとした。この時、角度θｍが０度のとき、光路長はおよそ７５０ｍｍとなる。これは、実施例１の構成を用いた場合、回折格子の平行での距離は３１７ｍｍ程度であり、光路長は７４５ｍｍと同程度となる。角度θｍをー５度から＋５度まで変化させると、光路長は６１２ｍｍ〜８８０ｍｍまで変化させることが可能となる。

＜第４実施形態＞
本実施形態では、光が平行光である箇所、すなわち、入射光１０１あるいは平行光１０５の伝搬する部分に、高次の分散成分を補償する素子を挿入する。高次の分散成分を補償する素子としては、光を透過し、材料分散を有する媒質や、それらを組み合わせた素子、プリズム分散補償素子などである。または、チャープミラーのような、反射にすることで波長分散量を制御することが可能な素子である。本実施形態によれば、より詳細なパルス幅（パルス時間幅）の制御、チャープの制御が可能となる。

＜第５実施形態＞
本実施形態では、分散光１０３が伝搬する光路中に、レンズを配置することにより、正常分散を与える波長分散装置を実現する。回折格子１０２１では、異常分散を付与するのみである。しかし、レンズや集光ミラーを用いることで、回折格子対でも正常分散を付与することが可能となる。よって、本実施形態によれば、正常分散を与える波長分散装置を提供することが可能となる。

図１２は、異常分散および正常分散を与える原理について説明する模式図である。まず異常分散を与える原理について図１２（Ａ）を用いて説明する。入射光１２０１は、第１回折格子１２０４に入射される。ここで、第１回折格子１２０４による回折角度について、中心波長λｃの光１２０２の回折角度をθｃとし、ある波長λの光１２０３の回折角度をθとする。第１回折格子１２０４により回折された光は、第１回折格子１２０４と平行に配置された第２回折格子１２０５へ伝搬される。その場合、第２回折格子１２０５で回折された光の位相差φ（λ）は、以下の式（数式１１）のように表される。

次に正常分散を与える原理について図１２（Ｂ）を用いて説明する。図１２（Ａ）とは異なり、第１回折格子１２０４と第２回折格子１２０５を平行ではなく対称に配置する。ここで、第１回折格子１２０４および第２回折格子１２０５からそれぞれＬ１、Ｌ２の位置に焦点距離ｆｎの第１レンズ１２０６と第２レンズ１２０７を配置した場合、位相差φ（λ）は以下の式（数式１２）で表される。

ここでθｇは中心波長の伝搬光軸に対する回折格子の角度である。

数式１１と数式１２を比較して分かるように、回折格子のレンズからの距離Ｌ１、Ｌ２を調整することで、異常分散と正常分散の関係を反転させることができる。

図１３は、第５実施形態に係る波長分散測定装置１３００の概略図である。本実施形態では、図１３に示すような構成とすることで、回折格子の使用枚数を削減し、小型化した正常分散を与える波長分散装置を提供することが可能となる。波長分散測定装置１３００には、一例として、第１実施形態に基づく実施例２と同一の素子を用いている。ただし、波長分散測定装置１３００では、反射ミラーを３枚とし、回折格子１０２１と第１ミラー１０４１との間、および第３ミラー１０４３と回折格子との間にレンズ１３０１とレンズ１３０２を挿入した。また、光を空間的に分散させる素子は回折格子に限らず、プリズムやグリズムなどの素子を用いても良い。その場合、反射ミラーの角度や枚数を、プリズムやグリズムの面の角度に応じて設計すれば良い。このような構成とすることで、正常分散を与える波長分散装置を提供することが可能となる。

＜第６実施形態＞
本実施形態は、上述の波長分散装置を用いたレーザー加工装置の実施形態である。本実施形態に係るレーザー加工装置によって、レーザーパルスの幅を調整しながら加工を行う。本実施形態に係る加工装置５００は、一つのパルス光源を用いて熱加工と非熱加工を切り替えながらレーザー加工を行うことができる。また、分散の方向を制御することで、短波長から照射する加工と、長波長から照射する加工とを切り替えることも可能である。これにより、材料の吸収による熱の発生を制御した加工を行うことが可能となる。

さらに、レーザー出力と合わせて制御することで、短パルスの尖頭値を変えずにパルス幅を制御したレーザー加工を行うことも可能となる。

（実施例８）
第６実施形態に基づいた実施例を、図９を用いて説明する。図９は、第６実施形態に基づいた実施例８の加工装置５００の概略図である。加工装置５００は、パルス制御装置５１０、スキャナ導光光学系５０５、レーザー加工スキャナ（レーザー走査装置）５０６、ステージ５０８、およびＰＣ５０９を備える。

パルス制御装置５１０は、光源５０１、および、波長分散装置５０３を含む。光源５０１は、例えば、超短パルスレーザー光源である。光源５０１から出力されたパルスレーザー光５０２は、波長分散装置５０３に入射してパルス幅及び分散量、分散方向が制御される。これにより、パルスレーザー光５０２のパルス時間幅およびパルスピーク強度が制御される。波長分散装置５０３は、ＰＣ５０９によって制御される。

分散が制御された光５０４は、スキャナ導光光学系５０５を伝搬し、ビーム径を制御され、レーザー加工スキャナ５０６へ入射される。レーザー加工スキャナ５０６は、パルスエネルギーを保ったまま、パルス時間幅およびパルスピーク強度の少なくとも一方を変化させながらレーザーを走査することによってターゲット５０７に対して加工を行う。レーザー加工スキャナ５０６は、ターゲット５０７に対して、集光ビームスポットの平面位置と高さ方向、照射角度を調整する調整部５１１を備える。調整部５１１は、集光ビームスポットの平面位置と高さ方向、照射角度を調整することにより、レーザーの出力を調整する。ここで、レーザー加工スキャナ５０６は、制御された光５０４を集光径２０μメートルで、集光ビームスポットの平面位置と高さ方向、照射角度を制御する。ターゲット５０７は、ステージ５０８上に固定される。ターゲット５０７の材質は、例えば、金属であり、本実施例では、厚さは１ｍｍである。レーザー加工スキャナ５０６は、ＰＣ５０９により動作を制御される。集光ビームスポットは、はじめ直径１８０μメートルの円状に走査され、１０ｐｓのパルス幅であった。これにより、熱加工に近い状態で高速にした穴を開ける。次に、集光ビームスポットを直径２００μメートルの円状に走査する。その時、５００ｆｓのパルス幅となるように光の分散を波長分散装置５０３によって制御する。これにより、非熱加工となり、熱ダレのないレーザー加工を行う。

なお、本実施例において、波長分散装置５０３およびレーザー加工スキャナ５０６は、ＰＣ５０９によって制御されるものとしたが、それぞれが制御部を備え、それぞれの制御部を介してＰＣ５０９によって制御されても良い。

本実施例により、高速で熱影響の少ないレーザー加工を実現できる。

＜第７実施形態＞
本実施形態は、上述の波長分散装置を用いた光干渉断層計（光コヒーレンストモグラフィ、ＯＣＴ）の実施形態である。本実施形態に係る光干渉断層計では、サンプルに照射された光と参照光との分散を制御する。

図１０は、第７実施形態に係る光干渉断層計６００の概略図である。光干渉断層計６００は、光源６０１、光分岐素子６０２、光走査装置６０６、光重畳素子６０８、光路長調整装置６０９、光分散素子６１１、波長分散装置６１３、および、ＰＣ６１４を備える。

図１０に示すように、光干渉断層計６００では、光源６０１から射出された光を、光分岐素子６０２を用いて、サンプル６０３に照射する信号光（照射光）６０４と参照光６０５とに分ける。信号光６０４は、光走査装置６０６によって、サンプル６０３上を走査される。光走査装置６０６はＰＣ６１４により動作を制御され、信号光６０４の照射角度あるいは照射位置情報がＰＣ６１４にモニタリングされている。

サンプル６０３に照射され、散乱して戻ってきた後方散乱光６０７は集光され、光重畳素子６０８へと伝搬する。一方、参照光６０５は、信号光６０４が光分岐素子６０２からサンプル６０３経て、光重畳素子６０８までの光路長とほぼ一致するように光路長調整装置６０９を伝搬し、光重畳素子６０８へ入射される。光重畳素子６０８では、後方散乱光６０７と参照光６０５とが重ねあわされ、干渉光６１０が生成される。干渉光６１０は回折格子のような光分散素子６１１により空間的に分散され、ラインセンサ６１２によりスペクトル干渉信号として検出される。検出されたスペクトル干渉信号はＰＣ６１４に取り込まれ、フーリエ変換され、断層信号が得られる。断層信号は光走査装置６０６の角度情報と統合され、断層画像を得る。

断層信号の断層の分解能は、光源のスペクトル幅によって決定される。また、後方散乱光６０７と参照光６０５との分散量が同じであれば理論上の最も高い分解能を得ることが出来る。そこで、参照光６０５が伝搬する光分岐素子６０２と光重畳素子６０８の光路（光導波路）中に、波長分散装置６１３を配置し、参照光６０５の分散量を制御する。波長分散装置６１３はＰＣ６１４によって制御される。波長の分散量の制御は、得られた断層信号が所定の値より大きくなるように制御される。すなわち、干渉信号の信号対雑音比が所定の値より大きくなるように制御される。なお、波長の分散量は、得られた断層信号がもっとも分解能が高くなるように制御されることが好ましい。

本実施形態により、高分解能なＯＣＴを実現できる。また、測定対象のサンプルの厚さや材質に応じて調整しながらの断層信号の取得が可能となる。

＜第８実施形態＞
本実施形態は、第７実施形態に係る干渉計を用いて光を透過する物質の厚さあるいは屈折率分散を測定する装置（波長分散測定装置）である。

図１１を用いて説明する。図１１は、第８実施形態に係る波長分散測定装置７００の概略図である。波長分散測定装置７００は、光源７０１、マイケルソン干渉計７０２、光検出器７０８、および、ＰＣ７０９を備える。

光源７０１にはスペクトル幅が広い、広帯域光源を用いる。光源７０１から射出された光は、マイケルソン干渉計７０２に導光される。マイケルソン干渉計７０２では、光分岐素子７０２３を用いて、参照光路７０２１を伝搬する参照光と信号光路７０２２を伝搬する信号光とに光を分岐する。信号光路側には、透過物質７０３を配置する。信号光は信号光ミラー７０５により反射され、再度透過物質７０３を伝搬する。マイケルソン干渉計７０２により、参照光と透過物質７０３を伝搬した信号光とが重ねあわされ、干渉光を得る。

干渉光は光検出器７０８により受光され、干渉信号を得、ＰＣ７０９に取り込まれる。参照光は、参照光ミラー７０４を用いて反射される。参照光ミラー７０４は移動ステージ７０６に取り付けられており、参照光路７０２１の長さは変化する。ここで、参照光路７０２１中に、本発明での波長分散装置７０７を挿入する。波長分散装置７０７では第３実施形態で説明したように反射素子が回転する機構を有している。回転角度はＰＣ７０９により制御され、その角度がモニタリングされる。回転角度を制御することで、参照光の分散が変化し、干渉信号の幅が変化する。したがって、干渉信号を解析することで、透過物質７０３の特性を評価することが可能となる。透過物質７０３の厚さが分かっている場合には、分散量を測定できる。あるいは、分散量が分かっている場合には厚さを測定できる。

本実施形態により、透過物質の特性を評価する装置を提供することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１ 入射光
１０２ 分散素子
１０３，１０８ 分散光
１０４ 導光光学系
１０５ 平行光
１０７ 折り返し光
１１０ 射出光
１０２１ 回折格子
１０４１ 第１ミラー
１０４２ 第２ミラー
１０４３ 第３ミラー
１０４４ 第４ミラー

Claims (15)

1. 光の波長分散を行う光学装置であって、
   入射した光を透過して波長毎に光路が異なるように分散させ、第１分散光を生成する分散素子と、
   前記第１分散光を順次反射する４つの反射面を含む反射部と、を有し、
   前記４つの反射面で順次反射された前記第１分散光を前記分散素子に入射させて前記分散素子を透過させることを特徴とする光学装置。
2. 前記反射部は、前記分散素子の表面、あるいは内部において、前記分散素子が光を分散させる方向に対して垂直な方向で、前記入射した光と少なくとも一部が重なるように前記第１分散光を前記分散素子に入射させることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記反射部は、前記分散素子の表面、あるいは内部において、前記分散素子が光を分散させる方向、および、前記分散素子が光を分散させる方向に対して垂直な方向で、前記入射した光と少なくとも一部が重なるように前記第１分散光を前記分散素子に入射させることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
4. 前記反射部は、前記４つの反射面のうち、少なくとも２面を回転軸を中心に回転させる回転機構を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学装置。
5. 前記回転機構は、前記回転させる角度を調整することにより前記第１分散光の光路長を調整することを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記回転機構は、前記４つの反射面を一体として回転させることにより前記第１分散光の光路長を調整することを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
7. 前記反射部は、前記４つの反射面のうち、少なくとも１面を駆動して前記第１分散光の光路長を変更する駆動機構を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学装置。
8. 前記４つの反射面で反射され前記分散素子に導光された前記第１分散光が前記分散素子を透過することにより生成される第２分散光を反射して、前記分散素子に入射させる反射素子をさらに有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学装置。
9. 前記反射素子は、前記分散素子の表面、あるいは内部において、前記分散素子が光を分散させる方向で、前記入射した光と少なくとも一部が重なるように前記第２分散光を前記分散素子に入射させることを特徴とする請求項８に記載の光学装置。
10. 前記分散素子と前記反射面と間に配置される、少なくとも１つ以上のレンズまたは集光ミラーを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学装置。
11. パルスレーザー光源と、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学装置と、
    前記パルスレーザー光源及び前記光学装置を制御する制御手段と、を有し、
    前記制御手段は、前記パルスレーザー光源から出力されたパルスレーザー光を前記光学装置に入射させて前記パルスレーザー光の波長分散を行うことで、前記パルスレーザー光のパルス時間幅およびパルスピーク強度の少なくとも一方を制御することを特徴とするパルス制御装置。
12. 請求項１１に記載のパルス制御装置と、
    パルスエネルギーを保ったまま、パルス時間幅およびパルスピーク強度の少なくとも一方を変化させながらレーザーを走査することによって加工を行うレーザー走査装置を有することを特徴とする加工装置。
13. レーザーの出力を調整する調整部を有し、
    前記調整部によってパルス時間幅およびパルスピーク強度の少なくとも一方を変化させながらレーザー加工を行う請求項１２に記載の加工装置。
14. 光を発する光源と、
    前記光源から発せられた光を、測定対象に照射する照射光と、参照光とに分岐する光分岐素子と、
    前記測定対象から散乱された散乱光と前記参照光とを重ね合わせる光重畳素子と、
    前記光重畳素子で前記散乱光と前記参照光とが重ね合わさられるように、前記参照光を導く光導波路に配置された、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学装置と、
    前記光学装置によって干渉信号の信号対雑音比が所定の値より大きくなるように波長の分散を制御する制御手段と、を有することを特徴とする干渉計。
15. 前記制御手段によって制御された分散の量に基づいて前記測定対象の厚さおよび波長分散の少なくとも一方を測定することを特徴とする請求項１４に記載の干渉計。
    
    

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