JP2006196645A - パルスレーザーのレーザー発振制御方法およびパルスレーザーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】外部光学素子を用いることなしに、レーザー共振器から出射された出射光を変調する。
【解決手段】パルスレーザーからの出射光を検出し、上記検出結果に基づいて、上記出射光に含まれるパルス成分と連続成分との比が予め設定された値となるように上記パルスレーザーのレーザー発振を制御し、上記パルスレーザーから上記比でパルス成分と連続成分とを含む出射光を出射するようにしたり、パルスレーザーからの出射光を照射される対象物の状態を検出し、上記検出結果に基づいて、上記出射光に含まれるパルス成分と連続成分との比が予め設定された値となるように上記パルスレーザーのレーザー発振を制御し、上記パルスレーザーから上記比でパルス成分と連続成分とを含む出射光を出射するようにしたものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、パルスレーザーのレーザー発振制御方法およびパルスレーザーシステムに関し、さらに詳細には、フェムト秒レーザーなどの超短パルスレーザーや、ピコ秒レーザーやサブピコ秒レーザーなどの短パルスレーザーに用いて好適なパルスレーザーのレーザー発振制御方法およびパルスレーザーシステムに関する。

近年、様々な技術分野において、光を対象物に照射することにより、当該対象物を光加工したりあるいは当該対象物に光反応を起こさせたりする際の光源として、フェムト秒レーザーなどの超短パルスレーザーを用いる技術開発が盛んに行われている。

従来、フェムト秒レーザーなどの超短パルスレーザーを上記したような光加工や光反応に用いるにあたっては、外部光学素子を用いてレーザー共振器から出射された出射光を変調することにより出射光のピークやパルス数などを制御して、対象物を光加工したりあるいは対象物に光反応を起こさせたりするなどしていた。

具体的には、例えば、超短パルスレーザーから出射光を出力するオン（ＯＮ）と出射光を出力しないオフ（ＯＦＦ）とを繰り返すオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）制御に関しては、外部光学素子として外部シャッターや電気光学変調素子などを用いて制御したり、あるいは、超短パルスレーザーの出射光のパルスの強度変調制御に関しては、外部光学素子として偏光素子などを用いて制御するなどしていた。

しかしながら、こうした外部光学素子を超短パルスレーザーに導入した場合には、
問題点１：外部光学素子による波長分散により出射光のパルス幅が広がる
問題点２：外部光学素子における表面反射により出射光の損失が生じる
問題点３：変調スピードが遅い
問題点４：光学系が拡大化する
問題点５：光学系のアライメントが複雑化する
という問題点１乃至５に示すような問題点があった。

また、光変化を用いた光メモリなどの従来の光記録技術においては、記録用の超短パルスレーザーと再生用の連続レーザー（ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーザー）との二つの光源が必要であり、光源の混合ならびに分離などに関して、上記した問題点４および問題点５などが特に問題視されていた。

なお、先行技術情報としては、以下の特許文献１乃至３を提示するが、本願発明者の調査によれば先行技術として本発明と直接関連するものは存在しておらず、これら特許文献１乃至３のいずれも本発明とは直接関連するものではなく、本発明を用いることにより特許文献１乃至３に開示された技術が大幅に改善されるものである。

ここで、特許文献１として提示する特開２００３−１５９９号公報には、フェムト秒レーザーから出射されたフェムト秒レーザー光を光硬化樹脂中に集光して３次元微小構造物を製造する手法が開示されており、また、特許文献２として提示する特開２００３−２１１４００号公報には、超短パルスレーザーを用いてナノレベルの微細加工を行う手法が開示されており、また、特許文献３として提示する特開２００１−２１６６４９号公報には、超短パルスレーザーから出射された超短パルスレーザー光の集光スポットを３次元的に移動させて発光イオンを含有した固体材料中に３次元的に情報を記録する３次元光メモリ媒体およびその記録に関する手法が開示されている。
特開２００３−１５９９号公報 特開２００３−２１１４００号公報 特開２００１−２１６６４９号公報

本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部光学素子を用いてレーザー共振器から出射された出射光を変調する必要のないパルスレーザーのレーザー発振制御方法およびパルスレーザーシステムを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、外部光学素子を用いることなく、パルスレーザーのレーザー共振器を直接変調することなどでレーザー発振を制御することにより、単一のパルスレーザーから出射光としてパルスレーザー光とともにＣＷレーザー光を出射可能に制御するとともに、出射されるパルスレーザー光とＣＷレーザー光との出射比率を制御して、当該出射光のなかでパルスレーザー光の成分（以下、「パルス成分」と適宜に称する。）を増減することにより、パルス成分による対象物への光加工や光反応の制御を可能とするようにしたものである。

なお、当該出射光のなかでＣＷレーザー光の成分（以下、「ＣＷ成分」と適宜に称する。）は、対象物への光加工や光反応に寄与するものではない。

従って、本発明によれば、外部光学素子が用いられてはいないので、外部光学素子を用いることに起因する上記した問題点１乃至５を全て解消することができる。

次に、図１乃至２を参照しながら本発明の原理を説明するが、この図１乃至２を参照した本発明の原理の説明においては、単一のパルスレーザーからの出射光が照射される対象物として、当該出射光のパルス成分のみにより反応が生起され、連続成分では反応が生起されない光反応材料を用いるものとする。

即ち、本発明は、単一のパルスレーザーからの出射光を対象物へ照射する際に（図１参照）、当該単一のパルスレーザーを変調してレーザー発振を制御することにより、図２（ａ）に示すように単一のパルスレーザーからパルス成分のみを出力するレーザー発振（以下、「パルス単独発振」と適宜に称する。）を生起したり、図２（ｂ）に示すように単一のパルスレーザーからパルス成分とＣＷ成分とを両者の比率を制御しながら出力するレーザー発振（以下、「混合発振」と適宜に称する。）を生起したり、図２（ｃ）に示すように単一のパルスレーザーからＣＷ成分のみを出力するレーザー発振（以下、「連続単独発振」と適宜に称する。）を生起したりする。

ここで、図２（ａ）に示すパルス単独発振は、従来より公知のパルスレーザーのレーザー発振と同等のレーザー発振状態であり、パルス成分により対象物に光反応を起こさせることができる。

一方、図２（ｃ）に示す連続単独発振は、従来より公知の連続レーザーにおけるレーザー発振と同等のレーザー発振状態であり、連続成分では対象物に光反応を起こすことはできない。

そして、図２（ｂ）に示す混合発振は、本発明における特徴的なレーザー発振状態であり、パルス成分とＣＷ成分との比率を制御して対象物へ照射されるパルス成分を増減することにより、外部光学素子を用いることなしに、パルス成分により生起される対象物における光反応の進行度合を制御することができる。

即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、パルスレーザーからの出射光を検出し、上記検出結果に基づいて、上記出射光に含まれるパルス成分と連続成分との比が予め設定された値となるように上記パルスレーザーのレーザー発振を制御し、上記パルスレーザーから上記比でパルス成分と連続成分とを含む出射光を出射するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、パルスレーザーからの出射光を照射される対象物の状態を検出し、上記検出結果に基づいて、上記出射光に含まれるパルス成分と連続成分との比が予め設定された値となるように上記パルスレーザーのレーザー発振を制御し、上記パルスレーザーから上記比でパルス成分と連続成分とを含む出射光を出射するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記パルスレーザーを超短パルスレーザーまたは短パルスレーザーとしたものである。

また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、少なくとも一対のミラーを構成部材として有して構成されるレーザー共振器と上記レーザー共振器の上記一対のミラーの間に配置されたレーザー媒質とを有するパルスレーザーと、上記パルスレーザーからの出射光を検出する検出手段と、上記検出手段の検出結果に基づいて、上記出射光に含まれるパルス成分と連続成分との比が予め設定された値となるように上記パルスレーザーのレーザー発振を制御する制御手段とを有するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、少なくとも一対のミラーを構成部材として有して構成されるレーザー共振器と上記レーザー共振器の上記一対のミラーの間に配置されたレーザー媒質とを有するパルスレーザーと、上記パルスレーザーからの出射光を照射される対象物の状態を検出する検出手段と、上記検出手段の検出結果に基づいて、上記出射光に含まれるパルス成分と連続成分との比が予め設定された値となるように上記パルスレーザーのレーザー発振を制御する制御手段とを有するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項４または５のいずれか１項に記載の発明において、上記制御手段は、上記レーザー共振器の少なくともいずれか一つの構成部材の位置を制御してレーザー発振を制御するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項４または５のいずれか１項に記載の発明において、上記制御手段は、上記レーザー共振器の上記一対のミラーの少なくともいずれか一方の位置を制御してレーザー発振を制御するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項４または５のいずれか１項に記載の発明において、上記制御手段は、上記レーザー共振器の少なくともいずれか一つの構成部材の外形の形状を制御してレーザー発振を制御するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、本発明のうち請求項４または５のいずれか１項に記載の発明において、上記制御手段は、上記レーザー共振器の上記一対のミラーの少なくともいずれか一方の反射面の形状を制御してレーザー発振を制御するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、本発明のうち請求項４または５のいずれか１項に記載の発明において、上記レーザー共振器の外部に上記レーザー共振器からの出射光を増幅する増幅手段を有し、上記制御手段は、上記増幅手段を制御してレーザー発振を制御するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項１１に記載の発明は、本発明のうち請求項４または５のいずれか１項に記載の発明において、上記レーザー共振器の外部に上記レーザー共振器内へ光を入射する入射手段を有し、上記制御手段は、上記入射手段を制御してレーザー発振を制御するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項１２に記載の発明は、本発明のうち請求項４または５のいずれか１項に記載の発明において、上記制御手段は、上記パルスレーザーの環境を変化してレーザー発振を制御するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項１３に記載の発明は、本発明のうち請求項４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２のいずれか１項に記載の発明において、上記パルスレーザーを超短パルスレーザーまたは短パルスレーザーとしたものである。

本発明によれば、外部光学素子を用いてレーザー共振器から出射された出射光を変調する必要がなく、外部光学素子を用いることなしにレーザー共振器から出射された出射光を変調することができるという優れた効果が奏される。

より詳細には、本発明によれば、以下の効果１乃至６に示す優れた効果が得られものである。

効果１：外部光学素子を用いた場合のような波長分散によるパルス幅の広がりが皆無である。

効果２：外部光学素子の端面反射による損失が生じない。

効果３：変調スピードが早い。

効果４：外部光学素子を光学系に設置する際には、光源たるパルスレーザーを基準にした細かなアライメントが必要となるが、本発明においては外部光学素子がないのでこうしたアライメントの必要性を低減することができる。

効果５：光変化を用いた光メモリなどでは記録用のパルスレーザーと再生用のＣＷレーザーとを構成するために２つの光源が必要であるが、本発明においては単一のパルスレーザーにより同一経路でパルスレーザー光とＣＷレーザー光とを出射することができるため、２つの光源を備える必要ないとともに細かな光学系アライメントも必要ない。

効果６：パルス成分とＣＷ成分との比率を連続的に変化させることにより、光加工や光反応などを連続で変化させることが可能である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるパルスレーザーの発振制御方法およびパルスレーザーシステムの実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

なお、以下においては、図面を参照しながら本発明によるパルスレーザーの発振制御方法およびパルスレーザーシステムの第１の実施の形態乃至第１０の実施の形態についてそれぞれ説明するが、各実施の形態において同一あるいは相当する構成については、以下の説明ならびに図面においては同一の符号を付して示すことにより、その重複する説明は適宜に省略するものとする。

図３には、本発明の第１の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。

このパルスレーザーシステム１００は、エンドミラー１１２と出射側ミラー１１４との一対のミラーを有して構成されるレーザー共振器と、このレーザー共振器のエンドミラー１１２と出射側ミラー１１４との間に配置されたレーザー媒質１１６とを有する、例えば、フェムト秒レーザーなどの超短パルスレーザー１１０を備えている。

また、パルスレーザーシステム１００は、出射側ミラー１１４の位置、例えば、光軸に沿った配置場所や傾きなどを変化させる、例えば、ピエゾ素子により構成されるアクチュエーター１１８を備えている。

さらに、パルスレーザーシステム１００は、超短パルスレーザー１１０からの出射光Ｌを２つの光路の光Ｌ１、Ｌ２に分岐するビームスプリッター（ＢＳ）１２０と、ビームスプリッター１２０により分岐された一方の光路の光Ｌ２のパルス成分とＣＷ成分との比を検出する光検出器１２２と、光検出器１２２の検出結果を示す検出信号に基づいてアクチュエーター１１８を制御する制御回路１２４とを備えている。

ビームスプリッター１２０により分岐された一方の光路の光Ｌ１は、例えば、パルス成分のみにより反応が生起されるとともに連続成分では反応が生起されない光反応材料より構成された対象物１０に照射される。

また、制御回路１２４には、ユーザーが出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を任意の値に予め設定するための入力装置１２６が接続されており、入力装置１２６からユーザーが設定した出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比の設定値を示す比設定信号が制御回路１２４に出力される。

ここで、制御回路１２４は、アクチュエーター１１８が出射側ミラー１１４の位置を変化させることにより、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とが一致するように、光検出器１２２からの検出信号をフィードバック信号として用いて、光検出器１２２の検出結果に基づいてアクチュエーター１１８をフィードバック制御することにより、レーザー発振がパルス単独発振、混合発振または連続単独発振となるように制御するものである。

以上の構成において、ユーザーが入力装置１２６により出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を任意の値に設定すると、入力装置１２６からユーザーが設定した出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を示す比設定信号が制御回路１２４に出力される。

そして、パルスレーザーシステム１００においては、超短パルスレーザー１１０からの出射光Ｌが出射されると、出射光Ｌはビームスプリッター１２０により２つの光路の光Ｌ１、Ｌ２に分岐される。

こうして２つの光路に分岐された一方の光Ｌ１は対象物１０に照射されて、光Ｌ１のパルス成分により対象物１０における光Ｌ１の照射領域に光反応を生起せしめ、対象物１０に対して光加工や光記録を行う。

一方、２つの光路に分岐されたもう一方の光Ｌ２は光検出器１２２に入力され、光検出器１２２は光Ｌ２のパルス成分とＣＷ成分との比を検出し、その検出結果を示す検出信号を制御回路１２４へ出力する。

制御回路１２４は、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とが一致するように、光検出器１２２から出力された検出信号に基づいて、アクチュエータ１１８が出射側ミラー１１４の位置を変化するための駆動信号をアクチュエータ１１８に出力するフィードバック制御を行い、レーザー発振がパルス単独発振、混合発振または連続単独発振となるように制御する。

そして、アクチュエータ１１８は、制御回路１２４から出力された駆動信号に基づいて出射側ミラー１１４の位置、例えば、光軸に沿った配置場所や傾きなどを変化させ、これにより、光検出器１２２の検出信号が示す光Ｌ２のパルス成分とＣＷ成分との比は、入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と一致するようになる。

ここで、パルスレーザーシステム１００においては、光Ｌ１と光Ｌ２とは出射光Ｌを分岐したものであるから、光Ｌ１と光Ｌ２とにおけるパルス成分とＣＷ成分との比は互いに一致する。

従って、パルスレーザーシステム１００によれば、ユーザーが入力装置１２６により設定した出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比と同一の比でパルス成分とＣＷ成分とを含む光Ｌ１を対象物１０に照射することができ、光Ｌ１のパルス成分により対象物１０における光Ｌ１の照射領域に光反応を生起することが可能となって、対象物１０に対して光加工や光記録を行うことができるようになる。

即ち、パルスレーザーシステム１００においては、外部光学素子を用いることなくレーザー共振器から出射される出射光Ｌを変調でき、出射光Ｌを分岐した光Ｌ１が照射される対象物への光加工や光反応の制御を行うことが可能となる。

なお、上記したパルスレーザーシステム１００においては、レーザー共振器の出射側ミラー１１４の位置を制御するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、レーザー共振器の出射側ミラー１１４の位置の制御に代えて、同様な構成によりレーザー共振器のエンドミラー１１２の位置を制御するようにして、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とが一致するようにしてもよい。また、レーザー共振器の出射側ミラー１１４とエンドミラー１１２とのいずれか一方の位置の制御ではなく、両者の位置を制御するようにして、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とが一致するようにしてもよく、要は、レーザー共振器の出射側ミラー１１４とエンドミラー１１２との少なくともいずれか一方の位置の制御をするようにして、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とが一致するようにすればよい。

また、超短パルスレーザー１１０が、そのレーザー共振器の構成部材として、エンドミラー１１２と出射側ミラー１１４とよりなる一対のミラーの他に、例えば、他のミラーやプリズムなどを備えている場合には、こうしたミラーやプリズムなどの少なくとも一つの構成部材に対して上記したエンドミラー１１２あるいは出射側ミラー１１４と同様な位置の制御を行うことにより、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とが一致するようにしてもよい。

なお、入力装置１２６によりユーザーが予め設定するパルス成分とＣＷ成分との比の設定値は、一定の値でもよいし、光Ｌ１の対象物１０への照射時間に応じて連続的に変化するようにした値でもよく、パルス成分とＣＷ成分との比を連続的に変化させるようにした場合には、対象物１０における光加工や光反応などを連続で変化させることが可能である。

以下、上記した超短パルスレーザー１１０のレーザー共振器を構成する構成部材の位置を制御する際における具体的な制御の手法の一例について説明するが、この説明の理解を容易にするために、上記した超短パルスレーザー１１０のレーザー共振器が図４に示すような構成を備えているものとする。

即ち、図４に示すレーザー共振器は、その構成部材としてミラーＡ、ミラーＢ、ミラーＣ、ミラーＤおよびプリズムを備えており、ミラーＢとミラーＣとの間にレーザー媒質（図３におけるレーザー媒質１１６に相当する。）が配置され、ミラーＡとミラーＢとの間に上記プリズムが配置されている。

そして、ミラーＣを介して励起光がレーザー共振器内に導入され、また、ミラーＢが図３におけるエンドミラー１１２に相当し、ミラーＤが図３における出射側ミラー１１４に相当するものであり、ミラーＤから出射光（図３における出射光Ｌに相当する。）が出射される。

この図４に示すレーザー共振器の構成部材たるミラーＡ、ミラーＢ、ミラーＣ、ミラーＤおよびプリズムの少なくともいずれか一つの位置、例えば、光軸に沿った配置場所や傾きなどを制御して変化させることで、レーザーの発振状態を変化させることができる。

即ち、ミラーＡ、ミラーＢ、ミラーＣ、ミラーＤおよびプリズムには、例えば、ミラーＡを例にとって示せば、図５に示すように、パラメータとしてｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にそれぞれ沿った移動方向とそれぞれの軸周りの回転角度θｘ、θｙ、θｚとの計６つの自由度がある。

ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、図６に示すように、ｚ軸をミラーＡのミラー中心とミラー曲率中心とを結ぶ直線とし、また、ｘ軸、ｙ軸をｚ軸がミラー表面と交わる点を含むとともにｚ軸と垂直な面内で互いに直交しかつｘ−ｚ面がレーザー共振器内で共振しているレーザー光の伝播面と一致するように設定する。

パラメータとしてこれら６つの自由度をもつそれぞれのミラーＡ、ミラーＢ、ミラーＣ、ミラーＤおよびプリズムの１つもしくは複数について、１つもしくは複数のパラメータをを適時制御することにより、出射光にパルス成分とＣＷ成分とが任意の割合で含まれたものとなるような所望の制御を実現する。

こうした制御を行う場合には、制御する各パラータは完全に対等ではなく、以下のような特徴がある。

（ａ）ミラーＡ、ミラーＢ、ミラーＣ、ミラーＤのようなレーザー共振器に用いるミラーとしては、一般に、平面ミラーか、凹面または凸面の軸対称面ミラーが用いられることがほとんどであるため、ｚ軸周りの回転であるθｚの制御によるレーザー共振器への影響は、θｘ、θｙの回転によるレーザー共振器への影響に比べると少ない。

（ｂ）レーザー光の出射端、即ち、出射光を出射する位置にあるミラー（図４におけるミラーＤ）の配置位置や傾きを変えると、出射ビームの方向が大きく変わり、これは通常好ましくない。従って、出射端に位置するミラーの制御はできるだけ避けることが望ましい。

（ｃ）ミラーＡ、ミラーＢ、ミラーＣ、ミラーＤのようなレーザー共振器に用いるミラーが平面鏡である場合には、θｘの回転角がゼロであるならばｙ軸方向への平行移動Δｙは無効である。同様に、θｙ＝０であるならば、Ｘ軸方向の平行移動Δｘは無効である。

（ｄ）レーザー共振器内で発振状態にあるビームの伝播面が図５に示すようにｘ−ｚ面内にある場合、この伝播面外へビームを偏向させる向きへの制御、即ち、ｙ軸周りの回転であるθｙは、レーザー共振器の共振器状態を著しく乱し、出射光強度の大幅な低下をもたらす可能性がある。

（ｅ）平行移動量や回転角がわずかである場合、具体的には、Δｘ、Δｙ、Δｚが数μｍ以下、θｘ、θｙ、θｚが数１０ミリラジアン以下である場合には、以下の近似式が成り立つ。

Δｘ≒θｙ十Δｚ
Δｙ≒θｘ＋Δｚ

次に、ミラーＡ、ミラーＢ、ミラーＣ、ミラーＤおよびプリズムなどの、具体的なミラー、プリズムの駆動の手法について説明すると、
平行移動Δｘ、Δｙ、Δｚについては、例えば、
・ピエゾ素子による駆動
・電動モーター（例えば、リニアモーター、ステッピングモーター、ＤＣサーボモーター、ＡＣモーターなどである。）による駆動
・ボイスコイルによる駆動
・静電アクチュエータによる駆動
などを適宜に選択して用いることができる。

また、傾きθｘ、θｙ、θｚについても、平行移動Δｘ、Δｙ、Δｚの場合と同様に、例えば、
・ピエゾ素子による駆動
・電動モーター（例えば、リニアモーター、ステッピングモーター、ＤＣサーボモーター、ＡＣモーターなどである。）による駆動
・ボイスコイルによる駆動
・静電アクチュエータによる駆動
などを適宜に選択して用いることができる。

なお、本発明においては、アクチュエータ１１８の動作時にできるだけ余計な振動などを発生しないことが好ましく、また、具体的な駆動量も少なくて充分であるため、上記した各種の駆動手段のなかでも、ピエゾ素子による駆動の手法が有効である。

また、実際の制御手順としては、例えば、以下に示すように制御すればよい。即ち、例えば、超短パルスレーザーであるフェムト秒パルスレーザーには、広帯域で発振している複数のモードをロックする、所謂、モードロック状態を作り出すために、波長の分散を補正する光学素子が入っている。例えば、これは、図４におけるプリズムに相当するが（実際には、単一のプリズムではなく、２つ以上のプリズムペアである。）、それ以外にレーザー共振器を構成するミラー（図４におけるミラーＡ、ミラーＢ、ミラーＣ、ミラーＤに相当する。）に特殊なコーティングが施されていることもある。

レーザーの発振状態を制御する上では、上記したプリズムや特殊なコーティングを施されたミラーを制御することが最も効果的であるが、発振状態を大幅に変化させると、出射光の出力強度が大幅に低下する恐れがある。そこで、上記したプリズムや特殊なコーティングを施されたミラーを制御する際には、この出力強度の低下分を補正するように、他のミラーも制御することが好ましい。

次に、図７には、本発明の第２の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。

このパルスレーザーシステム２００は、反射面の曲率半径などの外形の形状を変化することのできる、例えば、デフォーマブルミラー（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏ）などがエンドミラー２１２として用いられているとともに、制御回路１２４から出力された駆動信号により制御されるアクチュエータ１１８が、エンドミラー２１２の反射面の曲率半径などの外形の形状を変化するためにエンドミラー２１２に配設されている点において、パルスレーザーシステム１００と異なる。

なお、デフォーマブルミラーとは、ミラー裏面にピエゾ素子や静電アクチュエーターのアレイを配置し、これらを適時制御してミラーの外形の形状を直接制御することができるものである。

以上の構成において、パルスレーザーシステム２００においては、パルスレーザーシステム１００と同様に、制御回路１２４は、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とが一致するように、光検出器１２２から出力された検出信号に基づいて、アクチュエータ１１８がエンドミラー２１２の外形形状を変化するための駆動信号をアクチュエータ１１８に出力するフィードバック制御を行い、レーザー発振がパルス単独発振、混合発振または連続単独発振となるように制御する。

そして、アクチュエータ１１８は、制御回路１２４から出力された駆動信号に基づいてエンドミラー２１２の外形の形状、例えば、曲率半径などを変化させて、光検出器１２２の検出信号が示す光Ｌ２のパルス成分とＣＷ成分との比を、入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と一致させる。

従って、パルスレーザーシステム２００によれば、ユーザーが入力装置１２６により設定した出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比と同一の比でパルス成分とＣＷ成分とを含む光Ｌ１を対象物１０に照射することができ、光Ｌ１のパルス成分により対象物１０における光Ｌ１の照射領域に光反応を生起することが可能となって、対象物１０に対して光加工や光記録を行うことができるようになる。

なお、上記したパルスレーザーシステム２００においては、レーザー共振器のエンドミラー２１２の外形の形状を制御するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、レーザー共振器のエンドミラー２１２の外形の形状の制御に代えて、同様な構成によりレーザー共振器の出射側ミラー１１４の外形の形状を制御するようにして、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とを一致するようにしてもよい。また、レーザー共振器のエンドミラー２１２と出射側ミラー１１４とのいずれか一方の外形の形状の制御ではなく、両者の外形の形状を制御するようにして、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とを一致するようにしてもよく、要は、レーザー共振器の出射側ミラー１１４とエンドミラー２１２との少なくともいずれか一方の外形の形状の制御をするようにして、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とを一致するようにすればよい。

また、超短パルスレーザー１１０が、そのレーザー共振器の構成部材として、エンドミラー２１２と出射側ミラー１１４とよりなる一対のミラーの他に、例えば、他のミラーやプリズムなどを備えている場合には、こうしたミラーやプリズムなどの少なくとも一つの構成部材に対して上記したエンドミラー２１２あるいは出射側ミラー１１４と同様な外形の形状の制御を行うことにより、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とを一致するようにしてもよい。

以下、上記した超短パルスレーザー１１０のレーザー共振器を構成する構成部材の外形の形状を制御する際における具体的な制御の手法の一例について説明する。

即ち、図８に示すように、レーザー共振器の構成部材として用いられているミラーなどの外形の形状を変化させることで、レーザー共振器内を伝搬するレーザー光のモードプロファイルを制御することができ、これによりレーザー発振の発振状態を制御することができる。

具体的な制御の手法としては、例えば、上記したデフォーマブルミラーを用いたり、あるいは、リニアモーターやピエゾ素子などを用いてレーザー共振器を構成する構成部材に対して力学的なひずみを生じさせることでも、制御することが可能である。

次に、図９には、本発明の第３の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。

このパルスレーザーシステム３００は、超短パルスレーザー１１０が、エンドミラー１１２と出射側ミラー１１４との一対のミラーを有して構成されるレーザー共振器の外部に、当該レーザー共振器からの出射光を増幅する増幅手段として外部共振器３０２を備え、制御回路１２４から出力された駆動信号により制御されるアクチュエータ１１８が、外部共振器３０２の構成部材たるミラーやプリズムなどの位置や外形の形状を制御するために当該構成部材に配設されている点において、パルスレーザーシステム１００と異なる。

このパルスレーザーシステム３００においては、制御回路１２４から出力された駆動信号に基づき、増幅手段たる外部共振器３０２を制御する、即ち、アクチュエータ１１８により外部共振器３０２の構成部材たるミラーやプリズムなどの位置や外形の形状を制御することにより、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とを一致させることができる。

なお、アクチュエータ１１８による外部共振器３０２の構成部材たるミラーやプリズムなどの位置や外形の形状の制御については、パルスレーザーシステム１００またはパルスレーザーシステム２００における制御と同様であるので、上記の記載を援用することによりその詳細な説明は省略する。

また、パルスレーザーシステム３００における増幅手段としては、上記したような外部共振器の他に、例えば、再生増幅器やＯＰＡ（光パラメトリックアンプ）あるいはＯＰＯ（光パラメトリックオシレーター）などがある。

こうした再生増幅器やＯＰＡあるいはＯＰＯを制御する場合には、これらの光学系を構成しているミラーやプリズムの位置や傾きをレーザー共振器の場合と同様に制御すればよい。

次に、図１０には、本発明の第４の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。

このパルスレーザーシステム４００は、超短パルスレーザー１１０の出射側ミラー１１４とビームスプリッター１２０との間に、出射側ミラー１１４と対向する面４０２ａに反射率が可変できるように反射膜が形成された反射率可変ミラー４０２を配設され、制御回路１２４から出力された駆動信号により制御されるアクチュエータ１１８が、反射率可変ミラー４０２の反射率を制御するために反射率可変ミラー４０２に配設されている点において、パルスレーザーシステム１００と異なる。

反射率可変ミラー４０２は、外部から超短パルスレーザー１１０のレーザー共振器内へ光を入射する入射手段として機能することになる。

このパルスレーザーシステム４００においては、制御回路１２４から出力された駆動信号に基づき反射率可変ミラー４０２の反射率を制御する、即ち、アクチュエータ１１８により反射率可変ミラー４０２の反射率を変化させて、出射光Ｌのうちで反射率可変ミラー４０２で反射されて超短パルスレーザー１１０のレーザー共振器内へ戻される光Ｌ３の強度を制御することにより、光Ｌ３がレーザー発振状態に及ぼす影響を利用して、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とを一致させることができる。

次に、図１１には、本発明の第５の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。

このパルスレーザーシステム５００は、制御回路１２４から出力された駆動信号により出射光Ｌ４の出力を制御されるレーザー５０２を備えるとともに、超短パルスレーザー１１０からの出射光Ｌを透過するとともにレーザー５０２からの出射光Ｌ４を反射して超短パルスレーザー１１０のレーザー共振器内へ入射するビームスプリッター５０４とを備えている点において、パルスレーザーシステム１００と異なる。このレーザー５０２は、超短パルスレーザー１１０の発振帯域と同じ波長を持つレーザー光を出射光Ｌ４として出力する。

レーザー５０２およびビームスプリッター５０４は、外部からレーザー共振器内へ光を入射する入射手段として機能することになる。

このパルスレーザーシステム５００においては、制御回路１２４から出力された駆動信号に基づきレーザー５０２の出力を制御する、即ち、レーザー５０２からの出射光Ｌ４の出力強度や位相あるいは強度変調状態を変化させて、ビームスプリッター５０４を介して超短パルスレーザー１１０のレーザー共振器内へ入射される出射光Ｌ４を変調することにより、出射光Ｌ４がレーザー発振状態に及ぼす影響を利用して、光検出器１２２から入力された検出信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比と入力装置１２６から入力された比設定信号が示すパルス成分とＣＷ成分との比とを一致させることができる。

なお、上記したパルスレーザーシステム５００において、光の利用効率を上げるには、ビームスプリッター５０４を偏光ビームスプリッターにすることができる。

次に、図１２には、本発明の第６の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。

このパルスレーザーシステム６００は、パルスレーザーシステム１００が光検出器１２２からの検出信号をフィードバック信号として用いているのに対して、対象物１０の状態を示す検出信号をフィードバック信号として用いる点において、パルスレーザーシステム１００と異なる。

即ち、パルスレーザーシステム６００は、パルスレーザーシステム１００と比較すると、ビームスプリッター１２０、光検出器１２２および制御回路１２６を備えておらず、超短パルスレーザー１１０から出射された出射光Ｌは対象物１０へ直接照射される。

一方、パルスレーザーシステム６００は、パルスレーザーシステム１００と比較すると、対象物１０の状態を検出する状態検出器６２２を備えているとともに、状態検出器６２２の検出結果を示す検出信号に基づいてアクチュエーター１１８を制御する制御回路６２４を備えている。

ここで、状態検出器６２２は、対象物１０への出射光Ｌの照射に伴う対象物１０の状態の変化を検出し、検出結果を示す検出信号を制御回路６２４へ出力する。なお、状態検出器６２２としては、例えば、対象物１０の状態の変化として、対象物１０における出射光Ｌの反射率の変化、対象物１０における出射光Ｌの吸収率の変化、対象物１０に対する出射光Ｌの照射に伴う対象物１０の温度の変化、対象物１０に対する出射光Ｌの照射に伴う対象物１０からの反射光のスペクトルの変化、対象物１０に対する出射光Ｌの照射に伴い発生する音の変化、対象物１０に対する出射光Ｌの照射に伴う蛍光や散乱などの発光の変化、対象物１０の形状の変化、対象物１０における出射光Ｌの反射光強度の変化、対象物１０における出射光Ｌの透過光強度の変化、対象物１０に対する出射光Ｌの照射に伴う対象物１０からの反射光の偏光状態の変化あるいは対象物１０に対する出射光Ｌの照射に伴う対象物１０からの透過光の偏光状態の変化などの物理量を検出し、その検出結果を検出信号として出力するものを適宜に用いることができる。

例えば、光硬化樹脂よりなる対象物１０に対して出射光Ｌを照射することにより、対象物１０を硬化させるような場合には、対象物１０の硬化に伴って対象物１０そのものの屈折率が変化する（なお、通常は、対象物１０が硬化するに従って屈折率は高くなる。）。そうすると、その屈折率の変化から対象物１０表面での反射率が変化するため、照射した出射光Ｌの反射光強度が上がることになり、この反射光強度の変化から対象物１０の硬化の進行度、即ち、状態の変化の割合を検出することができる。

また、制御回路６２４は、状態検出器６２２からの検出信号の変化に応じて、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比が、状態検出器６２２からの検出信号に対して予め設定された値となるようにアクチュエーター１１８を制御する。即ち、制御回路６２４は、状態検出器６２２からの検出信号をフィードバック信号として用いて、状態検出器６２２の検出結果に基づいてアクチュエーター１１８をフィードバック制御することにより出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を制御し、レーザー発振がパルス単独発振、混合発振または連続単独発振となるように制御するものである。

以上の構成において、パルスレーザーシステム６００においては、超短パルスレーザー１１０からの出射光Ｌが出射されると、出射光Ｌは対象物１０に照射されて、出射光Ｌのパルス成分により対象物１０における出射光Ｌの照射領域に光反応を生起せしめ、対象物１０に対して光加工や光記録を行う。

この際に、状態検出器６２２は、対象物１０への出射光Ｌの照射に伴う対象物１０の状態の変化を検出して、その検出結果を示す検出信号を制御回路６２４へ出力する。

制御回路６２４は、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比が、状態検出器６２２からの検出信号に対して予め設定された値となるように、アクチュエーター１１８が出射側ミラー１１４の位置を変化するための駆動信号をアクチュエータ１１８に出力するフィードバック制御を行い、レーザー発振がパルス単独発振、混合発振または連続単独発振となるように制御する。

そして、アクチュエータ１１８は、制御回路６２４から出力された駆動信号に基づいて出射側ミラー１１４の位置、例えば、光軸に沿った配置場所や傾きなどを変化させ、これにより出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させる
従って、パルスレーザーシステム６００によれば、対象物１０への出射光Ｌの照射に伴う対象物１０の状態の変化に応じて出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させながら、出射光Ｌを対象物１０に照射することができ、出射光Ｌのパルス成分により対象物１０における出射光Ｌの照射領域に光反応を生起することが可能となって、対象物１０に対して光加工や光記録を行うことができるようになる。

即ち、パルスレーザーシステム６００においては、外部光学素子を用いることなくレーザー共振器から出射される出射光Ｌを変調でき、出射光Ｌが照射される対象物１０への光加工や光反応の制御を行うことが可能となる。

なお、上記したパルスレーザーシステム６００においては、レーザー共振器の出射側ミラー１１４の位置を制御するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、レーザー共振器の出射側ミラー１１４の位置の制御に代えて、同様な構成によりレーザー共振器のエンドミラー１１２の位置を制御するようにして、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させるようにしてもよい。また、レーザー共振器の出射側ミラー１１４とエンドミラー１１２とのいずれか一方の位置の制御ではなく、両者の位置を制御するようにして、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させるようにしてもよく、要は、レーザー共振器の出射側ミラー１１４とエンドミラー１１２との少なくともいずれか一方の位置の制御をするようにして、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させるようにすればよい。

また、超短パルスレーザー１１０が、そのレーザー共振器の構成部材として、エンドミラー１１２と出射側ミラー１１４とよりなる一対のミラーの他に、例えば、他のミラーやプリズムなどを備えている場合には、こうしたミラーやプリズムなどの少なくとも一つの構成部材に対して上記したエンドミラー１１２あるいは出射側ミラー１１４と同様な位置の制御を行うことにより、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させるようにしてもよい。

次に、図１３には、本発明の第７の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。

このパルスレーザーシステム７００は、反射面の曲率半径などの外形の形状を変化することのできる、例えば、デフォーマブルミラーなどがエンドミラー２１２として用いられているとともに、制御回路６２４から出力された駆動信号により制御されるアクチュエータ１１８が、エンドミラー２１２の反射面の曲率半径などの外形の形状を変化するためにエンドミラー２１２に配設されている点において、パルスレーザーシステム６００と異なる。

なお、パルスレーザーシステム７００の動作は、パルスレーザーシステム２００ならびにパルスレーザーシステム６００と同様であるので、パルスレーザーシステム２００ならびにパルスレーザーシステム６００に関する記載を援用して、その詳細な説明を省略するが、パルスレーザーシステム７００においては、パルスレーザーシステム６００と同様に、制御回路６２４は、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比が、状態検出器６２２からの検出信号に対して予め設定された値となるように、アクチュエーター１１８がエンドミラー２１２の外形形状を変化するための駆動信号をアクチュエータ１１８に出力するフィードバック制御を行い、レーザー発振がパルス単独発振、混合発振または連続単独発振となるように制御する。

そして、アクチュエータ１１８は、制御回路６２４から出力された駆動信号に基づいてエンドミラー２１２の外形の形状、例えば、曲率半径などを変化させて、これにより出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させる。

従って、パルスレーザーシステム７００によれば、対象物１０への出射光Ｌの照射に伴う対象物１０の状態の変化に応じて出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させながら、出射光Ｌを対象物１０に照射することができ、出射光Ｌのパルス成分により対象物１０における出射光Ｌの照射領域に光反応を生起することが可能となって、対象物１０に対して光加工や光記録を行うことができるようになる。

なお、上記したパルスレーザーシステム７００においては、レーザー共振器のエンドミラー２１２の外形の形状を制御するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、レーザー共振器のエンドミラー２１２の外形の形状の制御に代えて、同様な構成によりレーザー共振器の出射側ミラー１１４の外形の形状を制御するようにして、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させるようにしてもよい。また、レーザー共振器のエンドミラー２１２と出射側ミラー１１４とのいずれか一方の外形の形状の制御ではなく、両者の外形の形状を制御するようにして、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させるようにしてもよく、要は、レーザー共振器の出射側ミラー１１４とエンドミラー２１２との少なくともいずれか一方の外形の形状の制御をするようにして、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させるようすればよい。

また、超短パルスレーザー１１０が、そのレーザー共振器の構成部材として、エンドミラー２１２と出射側ミラー１１４とよりなる一対のミラーの他に、例えば、他のミラーやプリズムなどを備えている場合には、こうしたミラーやプリズムなどの少なくとも一つの構成部材に対して上記したエンドミラー２１２あるいは出射側ミラー１１４と同様な外形の形状の制御を行うことにより、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させるようにしてもよい。

次に、図１４には、本発明の第８の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。

このパルスレーザーシステム８００は、超短パルスレーザー１１０が、エンドミラー１１２と出射側ミラー１１４との一対のミラーを有して構成されるレーザー共振器の外部に、当該レーザー共振器からの出射光を増幅する増幅手段として外部共振器３０２を備え、制御回路６２４から出力された駆動信号により制御されるアクチュエータ１１８が、外部共振器３０２の構成部材たるミラーやプリズムなどの位置や外形の形状を制御するために当該構成部材に配設されている点において、パルスレーザーシステム６００と異なる。

なお、パルスレーザーシステム８００の動作は、パルスレーザーシステム３００ならびにパルスレーザーシステム６００と同様であるので、パルスレーザーシステム３００ならびにパルスレーザーシステム６００に関する記載を援用して、その詳細な説明を省略するが、パルスレーザーシステム８００においては、制御回路６２４から出力された駆動信号に基づき、増幅手段たる外部共振器３０２を制御する、即ち、アクチュエータ１１８により外部共振器３０２の構成部材たるミラーやプリズムなどの位置や外形の形状を制御することにより、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させることができる。

なお、アクチュエータ１１８による外部共振器３０２の構成部材たるミラーやプリズムなどの位置や外形の形状の制御については、パルスレーザーシステム６００またはパルスレーザーシステム７００における制御と同様であるので、上記の記載を援用することによりその詳細な説明は省略する。

また、パルスレーザーシステム６００における増幅手段としては、上記したような外部共振器の他に、例えば、再生増幅器やＯＰＡ（光パラメトリックアンプ）あるいはＯＰＯ（光パラメトリックオシレーター）などがある。

こうした再生増幅器やＯＰＡあるいはＯＰＯを制御する場合には、これらの光学系を構成しているミラーやプリズムの位置や傾きをレーザー共振器の場合と同様に制御すればよい。

次に、図１５には、本発明の第９の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。

このパルスレーザーシステム９００は、超短パルスレーザー１１０の出射側ミラー１１４とビームスプリッター１２０との間に、出射側ミラー１１４と対向する面４０２ａに反射率が可変できるように反射膜が形成された反射率可変ミラー４０２を配設され、制御回路６２４から出力された駆動信号により制御されるアクチュエータ１１８が、反射率可変ミラー４０２の反射率を制御するために反射率可変ミラー４０２に配設されている点において、パルスレーザーシステム６００と異なる。

なお、パルスレーザーシステム９００の動作は、パルスレーザーシステム４００ならびにパルスレーザーシステム６００と同様であるので、パルスレーザーシステム４００ならびにパルスレーザーシステム６００に関する記載を援用して、その詳細な説明を省略するが、パルスレーザーシステム９００においては、制御回路６２４から出力された駆動信号に基づき反射率可変ミラー４０２の反射率を制御する、即ち、アクチュエータ１１８により反射率可変ミラー４０２の反射率を変化させて、出射光Ｌのうちで反射率可変ミラー４０２で反射されて超短パルスレーザー１１０のレーザー共振器内へ戻される光Ｌ３の強度を制御することにより、光Ｌ３がレーザー発振状態に及ぼす影響を利用して、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させることができる。

次に、図１６には、本発明の第１０の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。

このパルスレーザーシステム１０００は、制御回路６２４から出力された駆動信号により出射光Ｌ４の出力を制御されるレーザー５０２を備えるとともに、超短パルスレーザー１１０からの出射光Ｌを透過するとともにレーザー５０２からの出射光Ｌ４を反射して超短パルスレーザー１１０のレーザー共振器内へ入射するビームスプリッター５０４を備えている点において、パルスレーザーシステム１００と異なる。このレーザー５０２は、超短パルスレーザー１１０の発振帯域と同じ波長を持つレーザー光を出射光Ｌ４として出力する。

なお、パルスレーザーシステム１０００の動作は、パルスレーザーシステム５００ならびにパルスレーザーシステム６００と同様であるので、パルスレーザーシステム５００ならびにパルスレーザーシステム６００に関する記載を援用して、その詳細な説明を省略するが、パルスレーザーシステム１０００においては、制御回路６２４から出力された駆動信号に基づきレーザー５０２の出力を制御する、即ち、レーザー５０２からの出射光Ｌ４の出力強度や位相あるいは強度変調状態を変化させて、ビームスプリッター５０４を介して超短パルスレーザー１１０のレーザー共振器内へ入射される出射光Ｌ４を変調することにより、出射光Ｌ４がレーザー発振状態に及ぼす影響を利用して、出射光Ｌにおけるパルス成分とＣＷ成分との比を変化させることができる。

なお、上記したパルスレーザーシステム１０００において、光の利用効率を上げるには、ビームスプリッター５０４を偏光ビームスプリッターにすることができる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に示すように変形することができるものである。

（１）上記した実施の形態においては、パルスレーザーとして、超短パルスレーザーと称されるフェムト秒レーザーについて説明したが、本発明が適用可能なパルスレーザーは超短パルスレーザーに限られるものではないことは勿論であり、ピコ秒レーザーやサブピコ秒レーザーなどの、所謂、短パルスレーザーと称されるパルスレーザーのような各種のパルスレーザーに本発明は適用することができる。

（２）上記した実施の形態においては、レーザー発振を制御するにあたって、レーザー共振器の構成部材を制御したり、外部からレーザー共振器内へ光を入射したりしたが、レーザー発振を制御する手法はこれに限られるものではないことは勿論であり、例えば、レーザ共振器もしくは共振器内のレーザー媒質の環境を制御することにより、レーザー発振を制御するようにしてもよい。

即ち、レーザ共振器や共振器内のレーザー媒質の環境を変えることにより、レーザー共振器の共振状態を変化させることができるものであり、これによりレーザー発振を制御することができる。

ここで、環境とは温度や空気圧などであり、具体的には、レーザー共振器内の温度や空気圧を制御したり、レーザー媒質やミラーやプリズムなどのレーザー共振器の構成部材の温度を局所的に制御したりする。

こうした温度は、ペルチェ素子での冷却や加熱、あるいはヒーターによる加熱によって直接制御することができる。

また、通常、レーザー媒質は冷却水やファンで強制冷却されているが、この冷却水の水温やファンの回転数を制御することでも同様の効果が得られる。

（３）上記した実施の形態においては、光Ｌ１あるいは出射光Ｌを照射される対象物１０が、パルス成分のみにより反応が生起されるとともに連続成分では反応が生起されない光反応材料より構成された場合を例示したが、対象物１０は光反応材料より構成されたものに限られるものではないことは勿論であり、例えば、パルス成分のみによりアブレーション加工されるとともに連続成分ではアブレーション加工されないような材料よりなるものでもよく、要は、パルス成分の照射と連続成分の照射とでは照射結果が異なる材料により構成されたものを用いることが好ましい。

（４）上記した実施の形態においては、ビームスプリッター１２０、５０４における光の分岐率の詳細については説明を省略したが、ビームスプリッター１２０、５０４は光を「１：１」、即ち、「５０％：５０％」に分離するものに限られるものではないことは勿論であり、ビームスプリッター１２０、５０４における光の分岐率は適宜に設定可能である。即ち、パルスレーザーシステム５００におけるビームスプリッター１２０は、光Ｌ２として光検出器１２２で検出可能となる量の光を取り出せばよいので、例えば、「透過：反射＝９９％：１％」のような分岐率のものでもよい。また、パルスレーザーシステム５００におけるビームスプリッター５０４についても、上記したビームスプリッター１２０の場合と同様であり、超短パルスレーザー１１０に入射させる出射光Ｌ４はわずかな強度でよいので、超短パルスレーザー１１０からの出射光Ｌのロスを防ぐには、ビームスプリッター５０４は、例えば、「透過：反射＝９０％：１０％」のような分岐率のものでもよい。

（５）上記した実施の形態においては、入力装置１２６により比設定信号を制御回路１２４へ入力するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、入力装置１２６を設けることなしに、制御回路１２４が予め比設定信号を記憶しておくしてように構成し、制御回路１２４が当該予め記憶していた比設定信号を読み出して上記した制御を行うようにしてもよい。

（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、フェムト秒レーザーなどの超短パルスレーザーや、ピコ秒レーザーやサブピコ秒レーザーなどの短パルスレーザーなどのような各種のパルスレーザーを光源に用いた光加工技術や光記録技術などに利用されるものである。

図１は、本発明の原理を説明するための説明図である。 図２は、本発明の原理を説明するための説明図であり、（ａ）は単一のパルスレーザーからパルス成分のみを出力するレーザー発振（パルス単独発振）の状態を示し、（ｂ）は単一のパルスレーザーからパルス成分とＣＷ成分とを両者の比率を制御しながら出力するレーザー発振（混合発振）の状態を示し、（ｃ）は単一のパルスレーザーからＣＷ成分のみを出力するレーザー発振（連続単独発振）の状態を示す。 図３は、本発明の第１の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図である。 図４は、超短パルスレーザーのレーザー共振器の詳細な構成の一例を示す概念構成説明図である。 図５は、超短パルスレーザーのレーザー共振器の構成部材の自由度を説明するための概念説明図である。 図６は、超短パルスレーザーのレーザー共振器の構成部材の自由度を説明するための概念説明図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図である。 図８は、レーザー共振器の構成部材として用いられているミラーなどの外形の形状を変化させる場合を示す概念説明図である。 図９は、本発明の第３の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図である。 図１０は、本発明の第４の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図である。 図１１は、本発明の第５の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図である。 図１２は、本発明の第６の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図である。 図１３は、本発明の第７の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図である。 図１４は、本発明の第８の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図である。 図１５は、本発明の第９の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図である。 図１６は、本発明の第１０の実施の形態によるパルスレーザーシステムの概念構成説明図である。

符号の説明

１０ 対象物
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００ パルスレーザーシステム
１１０ 超短パルスレーザー
１１２、２１２ エンドミラー
１１４ 出射側ミラー
１１６ レーザー媒質
１１８ アクチュエーター
１２０ ビームスプリッター
１２２ 光検出器
１２４ 制御回路
１２６ 入力装置
３０２ 外部共振器
４０２ 反射率可変ミラー
４０２ａ 面
５０２ レーザー
５０４ ビームスプリッター
６２２ 状態検出器
６２４ 制御回路

Claims (13)

1. パルスレーザーからの出射光を検出し、
   前記検出結果に基づいて、前記出射光に含まれるパルス成分と連続成分との比が予め設定された値となるように前記パルスレーザーのレーザー発振を制御し、
   前記パルスレーザーから前記比でパルス成分と連続成分とを含む出射光を出射する
   ことを特徴とするパルスレーザーのレーザー発振制御方法。
2. パルスレーザーからの出射光を照射される対象物の状態を検出し、
   前記検出結果に基づいて、前記出射光に含まれるパルス成分と連続成分との比が予め設定された値となるように前記パルスレーザーのレーザー発振を制御し、
   前記パルスレーザーから前記比でパルス成分と連続成分とを含む出射光を出射する
   ことを特徴とするパルスレーザーのレーザー発振制御方法。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載のパルスレーザーのレーザー発振制御方法において、
   前記パルスレーザーは、超短パルスレーザーまたは短パルスレーザーである
   ことを特徴とするパルスレーザーのレーザー発振制御方法。
4. 少なくとも一対のミラーを構成部材として有して構成されるレーザー共振器と前記レーザー共振器の前記一対のミラーの間に配置されたレーザー媒質とを有するパルスレーザーと、
   前記パルスレーザーからの出射光を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、前記出射光に含まれるパルス成分と連続成分との比が予め設定された値となるように前記パルスレーザーのレーザー発振を制御する制御手段と
   を有することを特徴とするパルスレーザーシステム。
5. 少なくとも一対のミラーを構成部材として有して構成されるレーザー共振器と前記レーザー共振器の前記一対のミラーの間に配置されたレーザー媒質とを有するパルスレーザーと、
   前記パルスレーザーからの出射光を照射される対象物の状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、前記出射光に含まれるパルス成分と連続成分との比が予め設定された値となるように前記パルスレーザーのレーザー発振を制御する制御手段と
   を有することを特徴とするパルスレーザーシステム。
6. 請求項４または５のいずれか１項に記載のパルスレーザーシステムにおいて、
   前記制御手段は、前記レーザー共振器の少なくともいずれか一つの構成部材の位置を制御してレーザー発振を制御する
   ことを特徴とするパルスレーザーシステム。
7. 請求項４または５のいずれか１項に記載のパルスレーザーシステムにおいて、
   前記制御手段は、前記レーザー共振器の前記一対のミラーの少なくともいずれか一方の位置を制御してレーザー発振を制御する
   ことを特徴とするパルスレーザーシステム。
8. 請求項４または５のいずれか１項に記載のパルスレーザーシステムにおいて、
   前記制御手段は、前記レーザー共振器の少なくともいずれか一つの構成部材の外形の形状を制御してレーザー発振を制御する
   ことを特徴とするパルスレーザーシステム。
9. 請求項４または５のいずれか１項に記載のパルスレーザーシステムにおいて、
   前記制御手段は、前記レーザー共振器の前記一対のミラーの少なくともいずれか一方の反射面の形状を制御してレーザー発振を制御する
   ことを特徴とするパルスレーザーシステム。
10. 請求項４または５のいずれか１項に記載のパルスレーザーシステムにおいて、
    前記レーザー共振器の外部に前記レーザー共振器からの出射光を増幅する増幅手段を有し、
    前記制御手段は、前記増幅手段を制御してレーザー発振を制御する
    ことを特徴とするパルスレーザーシステム。
11. 請求項４または５のいずれか１項に記載のパルスレーザーシステムにおいて、
    前記レーザー共振器の外部に前記レーザー共振器内へ光を入射する入射手段を有し、
    前記制御手段は、前記入射手段を制御してレーザー発振を制御する
    ことを特徴とするパルスレーザーシステム。
12. 請求項４または５のいずれか１項に記載のパルスレーザーシステムにおいて、
    前記制御手段は、前記パルスレーザーの環境を変化してレーザー発振を制御する
    ことを特徴とするパルスレーザーシステム。
13. 請求項４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２のいずれか１項に記載のパルスレーザーシステムにおいて、
    前記パルスレーザーは、超短パルスレーザーまたは短パルスレーザーである
    ことを特徴とするパルスレーザーシステム。

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