JP2001116906A

JP2001116906A - 光減衰装置および光減衰方法

Info

Publication number: JP2001116906A
Application number: JP29988299A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Okazaki; 茂俊岡崎
Original assignee: Bunshi Biophotonics Kenkyusho KK
Current assignee: Bunshi Biophotonics Kenkyusho KK
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】減衰させるべき元の光の強度が大きくても破
損し難く、安全であり、安価であり、構成が簡易で光学
系の調整が容易な光減衰装置および光減衰方法を提供す
る。【解決手段】レーザ光源３００から出力されたレーザ
光は光減衰装置１００に入射光Ａとして入射する。その
入射光Ａは、まず反射鏡１１０の第１の面１１１に入射
する。入射光Ａの一部は、第１の面１１１において反射
されて第１の光束Ｂとなる。この第１の光束Ｂは、マス
ク１２０の開口１２１を通過して、光減衰装置１００よ
り出力される。一方、入射光Ａの残部は、第１の面１１
１において屈折して透明部材１２３内に入射し、第２の
面１１２の反射膜１１４で反射し、第１の面１１１から
出射して、第２の光束Ｃとなる。この第２の光束Ｃは、
マスク１２０により遮断されるので、光減衰装置１００
より出力されることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光（特に高出力パ
ルスレーザ光）の強度を減衰させて、その減衰した光を
出力する光減衰装置および光減衰方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光は、コヒーレントな特性を有し
指向性が優れエネルギ密度が高いことから種々の分野で
用いられており、パルス化が可能であることからも用途
が広い。また、レーザ光を利用する場合には、その用途
に応じてレーザ光の強度を適切に設定することが必要で
ある。強度を適切に設定するに際しては、レーザ光源本
体からの出力を低下させることも考えられるが、この場
合には、レーザ発振が不安定になり、出力されるレーザ
光の強度が時間的に変動する。また、第２高調波や第３
高調波を出力するレーザ光源の場合には、これらの高調
波を得る為に高いエネルギが必要である。したがって、
レーザ光源本体からの出力の安定性を維持したままレー
ザ光の強度を低下させることは困難である。

【０００３】そこで、レーザ光源から出力される高出力
のレーザ光を減衰させるための光減衰装置または光減衰
方法が必要となる。光減衰方法として、例えば、レーザ
光源から出力されたレーザ光を光学フィルタに入射さ
せ、この光学フィルタによりレーザ光を或る割合で反射
または吸収させ、この光学フィルタを透過したレーザ光
を得ることで、レーザ光を減衰させる方法（以下「第１
の従来技術」という。）がある。また、レーザ光が偏光
特性を有することを利用して、レーザ光源から出力され
たレーザ光を偏光素子に入射させ、レーザ光の偏光方位
と偏光素子の偏光方位との間の角度に応じた透過率で偏
光素子を透過させることで、レーザ光を減衰させる方法
（以下「第２の従来技術」という。）がある。また、レ
ーザ光の光束径をビームエクスパンダ等により拡げて、
その光束径が拡げられたレーザ光の一部のみを開口等を
通過させて取り出すことで、レーザ光を減衰させる方法
（以下「第３の従来技術」という。）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来方法は以下のような問題点を有している。第１の従
来技術では、光学フィルタに入射するレーザ光の強度が
大きい場合やパルスレーザ光である場合には、光学フィ
ルタが破損することが多く、また、破損しない場合であ
っても、光学フィルタにより反射されたレーザ光が危険
であるから、この反射されたレーザ光を何等かの方法で
処理する必要があり、取り扱いが容易ではない。第２の
従来技術では、光学フィルタより偏光素子の方が耐久性
を有しているとはいうものの、偏光素子に入射するレー
ザ光の強度が大きい場合やパルスレーザ光である場合に
は、やはり偏光素子が破損することが多く、また、偏光
素子が高価である。第３の従来技術では、第１および第
２の従来技術の場合と比較すればビームエクスパンダ等
が破損する危険が小さいものの、部品点数が多く、構成
が複雑かつ大きく、また、光学系の調整が容易ではな
い。

【０００５】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、減衰させるべき元の光の強度が大きく
ても破損し難く、安全であり、安価であり、構成が簡易
で光学系の調整が容易な光減衰装置および光減衰方法を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光減衰装置
は、(1) 互いに対向する第１の面および第２の面を有す
る透明基板の第２の面に反射膜が設けられ、第１の面に
入射した光のうちの一部を第１の面で反射させて第１の
光束とするとともに、第１の面に入射した光のうちの残
部を第１の面から透明基板内に入射させ第２の面の反射
膜で反射させ第１の面から出射させて第２の光束とする
反射鏡と、(2) 第１の光束および第２の光束のうち一方
を遮断し他方を通過させて出力するマスクと、を備える
ことを特徴とする。

【０００７】本発明に係る光減衰方法は、(1) 互いに対
向する第１の面および第２の面を有する透明基板の第２
の面に反射膜が設けられた反射鏡を用意し、(2) 反射鏡
の第１の面に光を入射させて、第１の面に入射した光の
うちの一部を第１の面で反射させて第１の光束とすると
ともに、第１の面に入射した光のうちの残部を第１の面
から透明基板内に入射させ第２の面の反射膜で反射させ
第１の面から出射させて第２の光束とし、(3) マスクを
用いて第１の光束および第２の光束のうち一方を遮断し
他方を通過させて出力する、ことを特徴とする。

【０００８】本発明に係る光減衰装置または光減衰方法
によれば、反射鏡の第１の面に入射した光のうちの一部
は、その第１の面で反射されて第１の光束となる。反射
鏡の第１の面に入射した光のうちの残部は、第１の面か
ら透明基板内に入射し、第２の面の反射膜で反射され、
第１の面から出射して、第２の光束となる。これら第１
の光束および第２の光束のうち一方はマスクにより遮断
され、他方はマスクを通過して出力される。この出力さ
れた光は、反射鏡の第１の面に入射した光が減衰された
ものである。光の減衰率は、反射鏡の第１の面における
反射率に応じたものである。

【０００９】また、本発明に係る光減衰装置または光減
衰方法において、透明基板の第１の面および第２の面
は、互いに平行であってもよいし、互いに傾斜していて
もよい。後者の場合には、第１の光束と第２の光束との
間の間隔は次第に開くので、マスクによる第１の光束お
よび第２の光束のうちの一方の遮断と他方の通過とが好
適に行われる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。

【００１１】（第１の実施形態）先ず、本発明に係る光
減衰装置および光減衰方法の第１の実施形態について説
明する。図１は、第１の実施形態に係る光減衰装置１０
０の説明図である。また、この図にはレーザ光源３００
も示されている。この光減衰装置１００は、レーザ光源
３００から出力されたレーザ光を減衰させて出力するも
のであって、反射鏡１１０およびマスク１２０を備えて
いる。

【００１２】反射鏡１１０は、互いに対向する第１の面
１１１および第２の面１１２を有する透明基板１１３の
第２の面１１２に反射膜１１４が設けられたものであ
る。本実施形態では、第１の面１１１と第２の面１１２
とは互いに平行である。この反射鏡１１０は、レーザ光
源３００から出力され第１の面１１１に入射した入射光
Ａのうちの一部を第１の面１１１で反射させて、これを
第１の光束Ｂとする。また、反射鏡１１０は、入射光Ａ
のうちの残部を第１の面１１１から透明基板１１３内に
入射させ、第２の面１１２の反射膜１１４で反射させ、
第１の面１１１から出射させて、これを第２の光束Ｃと
する。

【００１３】透明基板１１３は、この光減衰装置１００
が減衰させようとしているレーザ光源３００から出力さ
れるレーザ光を透過させる材質からなる。透明基板１１
３の屈折率は、好適には１．３〜１．８５の範囲の値で
あり、より好適には１．４５〜１．５５の範囲の値であ
る。反射膜１１４は、高強度のレーザ光にも耐えられる
必要があることから、誘電体多層膜であるのが好適であ
る。

【００１４】マスク１２０は、開口１２１を有してお
り、第１の光束Ｂを開口１２１を通過させて出力する一
方で、第２の光束Ｃを遮断する。このマスク１２０は、
遮断すべき第２の光束Ｃの強度に耐えられる材質（例え
ば金属等）からなる。開口１２１の径は、第１の光束Ｂ
の光束径と同程度、または、第１の光束Ｂの光束径の
１．１倍程度であるのが好適である。

【００１５】次に、本実施形態に係る光減衰装置１００
の動作を説明するとともに、本実施形態に係る光減衰方
法を説明する。レーザ光源３００から出力されたレーザ
光は光減衰装置１００に入射光Ａとして入射する。その
入射光Ａは、まず反射鏡１１０の第１の面１１１に入射
する。入射光Ａの一部は、第１の面１１１において反射
されて第１の光束Ｂとなる。この第１の光束Ｂは、マス
ク１２０の開口１２１を通過して、光減衰装置１００よ
り出力される。一方、入射光Ａの残部は、第１の面１１
１において屈折して透明部材１２３内に入射し、第２の
面１１２の反射膜１１４で反射し、第１の面１１１から
出射して、第２の光束Ｃとなる。この第２の光束Ｃは、
第１の光束Ｂと平行に進むが、マスク１２０により遮断
されるので、光減衰装置１００より出力されることはな
い。

【００１６】このように、光減衰装置１００に入射した
入射光Ａのうち、反射鏡１１０の第１の面１１１で反射
した第１の光束Ｂのみが光減衰装置１００より出力され
る。この出力される第１の光束Ｂは、入射光Ａ（すなわ
ちレーザ光源３００から出力されたレーザ光）が減衰さ
れたものである。

【００１７】この光減衰装置１００および光減衰方法に
おける減衰率は、第１の面１１１における入射光Ａの反
射率として求められ、より具体的には、透明基板１１３
の屈折率ならびに第１の面１１１への入射光Ａの入射角
および偏光方位に基づいて、フレネルの式より求められ
る。

【００１８】例えば、入射光Ａの波長が３６０ｎｍであ
り、入射光Ａの入射角が４５度であり、透明基板１１３
の材質がＢＫ７であって上記波長における透明基板１１
３の屈折率が１．５４であるとする。このとき、第１の
面１１１における入射光Ａの反射率は、入射光Ａの偏光
方位が入射面に平行であれば約１％であり、入射光Ａの
偏光方位が入射面に垂直であれば約１０．１％である。

【００１９】また、例えば、入射光Ａの波長が３６０ｎ
ｍであり、入射光Ａの入射角が４５度であり、透明基板
１１３の材質が合成石英であって上記波長における透明
基板１１３の屈折率が１．４８であるとする。このと
き、第１の面１１１における入射光Ａの反射率は、入射
光Ａの偏光方位が入射面に平行であれば約０．７８％で
あり、入射光Ａの偏光方位が入射面に垂直であれば約
８．７％である。

【００２０】第１の光束Ｂと第２の光束Ｃとの間の間隔
は、透明基板１１３の屈折率および厚さ並びに入射光Ａ
の入射角に基づいて、スネルの式より求められる。第１
の光束Ｂと第２の光束Ｃとの間の間隔が大きいほど、マ
スク１２０により第１の光束Ｂのみを出力し第２の光束
Ｃを遮断する上で容易であるので、透明基板１１３の厚
さは、レーザ光源３００から出力されるレーザ光の光束
径の１．２倍以上であるのが好適である。また、第１の
面１１１への入射光Ａの入射角は大きいほど好適であ
る。

【００２１】以上のように本実施形態に係る光減衰装置
および光減衰方法によれば、入射光Ａの強度が大きい場
合やパルスレーザ光である場合であっても、反射鏡１１
０およびマスク１２０が破損することがない。不要な第
２の光束Ｃはマスク１２０により遮断されるので、安全
であり、取り扱いが容易である。反射膜１１４が光を反
射させる際に一部の光が反射膜１１４を透過する場合で
あっても、その透過する光の強度が小さいので、この点
でも、安全であり、取り扱いが容易である。各構成部品
が安価である。また、部品点数が少ないので、構成が簡
易で小さく、光学系の調整が容易である。

【００２２】（第２の実施形態）次に、本発明に係る光
減衰装置および光減衰方法の第２の実施形態について説
明する。図２は、第２の実施形態に係る光減衰装置２０
０の説明図である。また、この図にはレーザ光源３００
も示されている。この光減衰装置２００は、レーザ光源
３００から出力されたレーザ光を減衰させて出力するも
のであって、反射鏡２１０およびマスク２２０を備えて
いる。

【００２３】反射鏡２１０は、互いに対向する第１の面
２１１および第２の面２１２を有する透明基板２１３の
第２の面２１２に反射膜２１４が設けられたものであ
る。本実施形態では、第１の面２１１と第２の面２１２
とは互いに平行ではなく傾斜している。この反射鏡２１
０は、レーザ光源３００から出力され第１の面２１１に
入射した入射光Ａのうちの一部を第１の面２１１で反射
させて、これを第１の光束Ｂとする。また、反射鏡２１
０は、入射光Ａのうちの残部を第１の面２１１から透明
基板２１３内に入射させ、第２の面２１２の反射膜２１
４で反射させ、第１の面２１１から出射させて、これを
第２の光束Ｃとする。

【００２４】透明基板２１３は、この光減衰装置２００
が減衰させようとしているレーザ光源３００から出力さ
れるレーザ光を透過させる材質からなる。透明基板２１
３の屈折率は、好適には１．３〜１．８５の範囲の値で
あり、より好適には１．４５〜１．５５の範囲の値であ
る。反射膜２１４は、高強度のレーザ光にも耐えられる
必要があることから、誘電体多層膜であるのが好適であ
る。

【００２５】マスク２２０は、開口２２１を有してお
り、第１の光束Ｂを開口２２１を通過させて出力する一
方で、第２の光束Ｃを遮断する。このマスク２２０は、
遮断すべき第２の光束Ｃの強度に耐えられる材質（例え
ば金属等）からなる。開口２２１の径は、第１の光束Ｂ
の光束径と同程度、または、第１の光束Ｂの光束径の
１．１倍程度であるのが好適である。

【００２６】次に、本実施形態に係る光減衰装置２００
の動作を説明するとともに、本実施形態に係る光減衰方
法を説明する。レーザ光源３００から出力されたレーザ
光は光減衰装置２００に入射光Ａとして入射する。その
入射光Ａは、まず反射鏡２１０の第１の面２１１に入射
する。入射光Ａの一部は、第１の面２１１において反射
されて第１の光束Ｂとなる。この第１の光束Ｂは、マス
ク２２０の開口２２１を通過して、光減衰装置２００よ
り出力される。一方、入射光Ａの残部は、第１の面２１
１において屈折して透明部材２２３内に入射し、第２の
面２１２の反射膜２１４で反射し、第１の面２１１から
出射して、第２の光束Ｃとなる。第１の面２１１と第２
の面２１２とが互いに平行ではないことから、この第２
の光束Ｃは第１の光束Ｂと平行に進むことはなく、第２
の光束Ｃと第１の光束Ｂとの間の間隔は次第に開く。こ
の第２の光束Ｃは、マスク２２０により遮断されるの
で、光減衰装置２００より出力されることはない。

【００２７】このように、第１の実施形態の場合と同様
に本実施形態でも、光減衰装置２００に入射した入射光
Ａのうち、反射鏡２１０の第１の面２１１で反射した第
１の光束Ｂのみが光減衰装置２００より出力される。こ
の出力される第１の光束Ｂは、入射光Ａ（すなわちレー
ザ光源３００から出力されたレーザ光）が減衰されたも
のである。

【００２８】本実施形態に係る光減衰装置および光減衰
方法も、第１の実施形態のものが奏する効果と同様の効
果を奏する。特に本実施形態では、第１の面２１１と第
２の面２１２とが互いに平行ではないことから、第２の
光束Ｃと第１の光束Ｂとの間の間隔は次第に開くので、
マスク２２０による第１の光束Ｂの通過と第２の光束Ｃ
の遮断とが好適に行われる。或いは、第１の実施形態に
おける透明基板１１３と比較して、本実施形態における
透明基板２１３を薄くすることができる。或いは、第１
の実施形態に係る光減衰装置１００と比較して、本実施
形態に係る光減衰装置２００を小型にすることができ
る。

【００２９】（変形例）本発明は、上記実施形態に限定
されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、
上記の各実施形態ではマスクにより第３の光束Ｃを遮断
して第２の光束Ｂを出力したが、第２の光束Ｂを遮断し
て第３の光束Ｃを出力してもよい。

【００３０】また、反射鏡の第１の面への入射光Ａの入
射角は固定でなくてもよく可変であってもよい。入射光
Ａの入射角を変更することで、反射鏡の第１の面におけ
る入射光Ａの反射率すなわち減衰率を容易に調整するこ
とができる。このとき、反射鏡の傾きを調整するととも
にマスクを平行移動させることで、容易に減衰率を調整
することができる。光減衰装置は、反射鏡の傾きとマス
クの位置とを互いに連動させて調整する機構を有するの
が好適である。

【００３１】また、反射鏡の第１の面における反射率が
位置により異なるように、第１の面上に誘電体多層膜を
設けてもよいし、また、屈折率が互いに異なる材質のも
のをつないで透明基板としてもよい。第１の面への入射
光Ａの入射位置を変更することで、第１の面における入
射光Ａの反射率すなわち減衰率を容易に調整することが
できる。このとき、反射鏡を平行移動させるだけで、容
易に減衰率を調整することができる。光減衰装置は、反
射鏡を平行移動させるための機構を有するのが好適であ
る。

【００３２】また、反射鏡の個数は１でなくてもよく、
複数であってもよい。複数の反射鏡それぞれの第１の面
で順次に反射させた後に出力することで、減衰を更に大
きくすることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
係る光減衰装置または光減衰方法によれば、反射鏡の第
１の面に入射した光のうちの一部は、その第１の面で反
射されて第１の光束となる。反射鏡の第１の面に入射し
た光のうちの残部は、第１の面から透明基板内に入射
し、第２の面の反射膜で反射され、第１の面から出射し
て、第２の光束となる。これら第１の光束および第２の
光束のうち一方はマスクにより遮断され、他方はマスク
を通過して出力される。この出力された光は、反射鏡の
第１の面に入射した光が減衰されたものである。光の減
衰率は、反射鏡の第１の面における反射率に応じたもの
である。

【００３４】したがって、入射光の強度が大きい場合や
パルスレーザ光である場合であっても、反射鏡およびマ
スクが破損することがない。不要な光はマスクにより遮
断されるので、安全であり、取り扱いが容易である。各
構成部品が安価である。また、部品点数が少ないので、
構成が簡易で小さく、光学系の調整が容易である。

【００３５】この光減衰装置または光減衰方法を用いれ
ば、レーザ光源からの出力を大きく維持することができ
るので、そのレーザ光源におけるレーザ発振が安定であ
り、光減衰装置または光減衰方法により得られるレーザ
光の強度も時間的に安定したものとなる。また、第２高
調波や第３高調波を出力するレーザ光源を用いる場合で
あっても、そのレーザ光源においては高いエネルギを用
いて高効率に高調波を得ることができる。

【００３６】また、透明基板の第１の面および第２の面
が互いに傾斜している場合には、第１の光束と第２の光
束との間の間隔は次第に開くので、マスクによる第１の
光束および第２の光束のうちの一方の遮断と他方の通過
とが好適に行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る光減衰装置の構成図であ
る。

【図２】第２の実施形態に係る光減衰装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１００…光減衰装置、１１０…反射鏡、１１１…第１の
面、１１２…第２の面、１１３…透明基板、１１４…反
射膜、１２０…マスク、１２１…開口、２００…光減衰
装置、２１０…反射鏡、２１１…第１の面、２１２…第
２の面、２１３…透明基板、２１４…反射膜、２２０…
マスク、２２１…開口、３００…レーザ光源、Ａ…入射
光、Ｂ…第１の光束、Ｃ…第２の光束。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向する第１の面および第２の面
を有する透明基板の前記第２の面に反射膜が設けられ、
前記第１の面に入射した光のうちの一部を前記第１の面
で反射させて第１の光束とするとともに、前記第１の面
に入射した光のうちの残部を前記第１の面から前記透明
基板内に入射させ前記第２の面の前記反射膜で反射させ
前記第１の面から出射させて第２の光束とする反射鏡
と、前記第１の光束および前記第２の光束のうち一方を遮断
し他方を通過させて出力するマスクと、を備えることを特徴とする光減衰装置。
【請求項２】前記透明基板の前記第１の面および前記
第２の面が互いに傾斜していることを特徴とする請求項
１記載の光減衰装置。
【請求項３】互いに対向する第１の面および第２の面
を有する透明基板の前記第２の面に反射膜が設けられた
反射鏡を用意し、前記反射鏡の前記第１の面に光を入射させて、前記第１
の面に入射した光のうちの一部を前記第１の面で反射さ
せて第１の光束とするとともに、前記第１の面に入射し
た光のうちの残部を前記第１の面から前記透明基板内に
入射させ前記第２の面の前記反射膜で反射させ前記第１
の面から出射させて第２の光束とし、マスクを用いて前記第１の光束および前記第２の光束の
うち一方を遮断し他方を通過させて出力する、ことを特徴とする光減衰方法。
【請求項４】前記透明基板の前記第１の面および前記
第２の面が互いに傾斜していることを特徴とする請求項
３記載の光減衰方法。