JP2011518041A - プログラム可能パルス形状を用いたレーザマイクロ加工 - Google Patents

Abstract

レーザパルス整形技術は、調整されたレーザパルススペクトル出力（６４，６６）を生成する。レーザパルスは、所望のパルス幅とパルス形状（例えば、サブナノ秒から１０ｎｓ〜２０ｎｓのパルス幅で立ち上がりエッジの立ち上がり時間は１ｎｓ〜数ナノ秒）を有するようにプログラムすることができる。望ましい実施形態は、入射パルスレーザ出射（１０６，１１２，１１４）の量を選択的に変更して調整されたパルス出力を形成する駆動信号を受け取る１以上の電気光学変調器（２５０，２５４）を用いて実装することができる。駆動信号をパルスレーザ出射からトリガすることにより、リンク加工システムの他ステージに関連するジッタを抑制し、パルスレーザ出射に関連するジッタを実質的に除去することができる。
【選択図】図７

Description

多くのレーザマイクロ加工は、様々な形状のレーザパルスを必要とする。例えば、異なる材質の複数層のレーザ加工は、所望の品質およびスループットのいずれかまたは双方を達成するため、かなり広範囲の調整可能なレーザパワー、パルス繰り返し周波数、パルス幅、スポットサイズ、およびパルス形状を要する。従来のＱスイッチレーザでは、これら全てのパラメータ、特にパルス幅とパルス形状は、限られた範囲でのみ調整可能である。従来のレーザは、一般に調整可能なパルス幅およびパルス形状の選択肢が限られている。他の例では、メモリチップまたは他の集積回路（ＩＣ）チップ上の導電リンクの加工は、所望の品質および生産量を達成するため、かなり短い立ち上がりエッジの立ち上がり時間（例えば、１ｎｓ〜２ｎｓの立ち上がり時間）を有するパルスを要する。現存する固体レーザでは、立ち上がりエッジの立ち上がり時間はパルス幅とともに変化する。従来の、立ち上がりエッジの立ち上がり時間がより長い５ｎｓ〜１０ｎｓであるレーザパルスは、特に被覆保護層が非常に厚いか、またはウエハ全体もしくはウエハグループ間で広範に変化する場合、リンク加工の間に被覆保護層の材質を過剰除去（穴を開けすぎる）してしまう可能性がある。

プリント回路基板（ＰＣＢ）にビアを開ける際、パルス幅はスループットとビアサイズに大きく影響する。これら穴開け用途においては、サブナノ秒または場合によってはピコ秒のパルス幅を有するレーザパルスを要する。従来の数ナノ秒〜数十ナノ秒のパルス幅を有するレーザパルスを用いるレーザリンク加工は、厚い被覆保護層に過剰に穴を開ける傾向があり、これによりＩＣの信頼性問題を引き起こす場合がある。リンク加工を制御する１つの手法として、特殊な形状と速い立ち上がりエッジを有するレーザパルス、例えば調整されたレーザパルスを用いることが挙げられる。整形されたレーザパルスは、ファイバーレーザと増幅器にダイオードで光源を提供することによって生成することができる（ＭＯＰＡ）。しかし、パワー増幅器としてのファイバーレーザで構築されているＭＯＰＡ構造は、非常に複雑かつコスト高である。さらに、ファイバー増幅器は比較的低密度の破壊閾値の影響を受ける。そのため、レーザの信頼性を減じ、得られるレーザパルス密度が制限される。

一方、従来のアクティブＱスイッチ固体レーザは、ナノ秒のパルスを高パルスエネルギーで提供することができるが、従来のレーザパルス形状（例えば典型的なガウス形状）しか提供できず、立ち上がりエッジの立ち上がり時間はレーザパルス幅そのものに近い。

例えばパッシブＱスイッチやモードロック技術のように、１ｎｓまたはそれ以下の非常に短い立ち上がり時間を有するレーザパルスを生成する技術は多く存在するが、パルス幅は立ち上がり時間に近い。より重要なのは、それらレーザパルスのパルス形状が一般に固定であることである。

本開示は、調整されたレーザパルススペクトル出力を提供するレーザパルス整形技術に関する。レーザパルスは、所望のパルス幅とパルス形状（例えば、サブナノ秒から１０ｎｓ〜２０ｎｓのパルス幅で、立ち上がりエッジの立ち上がり時間は１ｎｓ〜数ナノ秒）を有するようにプログラムすることができる。

調整されたパルスは、例えばレーザを用いたプリント回路基板（ＰＣＢ）のビア穴開けにおいてより良好なスループットとＰＣＢ銅パッドへのより少ない損傷を達成すること、レーザリンク加工において被覆保護層に過剰に穴を開けるリスクを低減すること、などのレーザ加工用途において有用である。望ましい実施形態では、調整されたパルス出力を形成するための入射パルスレーザ出射を選択的に変更する駆動信号を受信する、１以上の電気光学変調器を実装している。パルスレーザ出射から駆動信号をトリガすることにより、リンク加工システムの他のステージに関連するジッタを抑制し、パルスレーザ出射形成時間に関連するジッタを実質的に除去することができる。

調整されたパルスは、高調波発生のため、短い波長へパワー調整することができる。パルス整形技術は、様々な材質の加工において、品質要件を満たす広範な可能性を提示し、ファイバーレーザを用いた高レーザパワーを提供するための経済的で信頼性がある代替手段を提供する。

調整されたレーザパルス出力の生成において、レーザパルス切断装置として動作する、電気光学変調器の簡易ブロック図である。 図１のレーザパルス切断装置によって生成された、５つのレーザパルス形状の形成例を、列（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）において示す。 高速多値（Ｆａｓｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔａｔｅ：ＦＭＳ）電気光学変調器とパルス高調波レーザ源を採用したレーザシステムの簡易ブロック図である。 望ましいパルス高調波レーザ源を用いて実装された図３Ａのレーザシステムを示す。 調整されたパルス出力を生成するためダイオード励起増幅器および高調波変換変調器と協調動作する、ＦＭＳ電気光学変調器と基本的なパルスレーザ源を採用したレーザシステムの簡易ブロック図である。 調整されたパルス出力を生成するための高調波変換変調器への増幅をせずにＦＭＳ電気光学変調器の出力を直接連結している点を除き、図４Ａのレーザシステムと同タイプのレーザシステムの簡易ブロック図である。 異なる３組のオシロスコープの出力波形を示す。本出力波形は、図４Ｂ−１のレーザシステムのパルスレーザ源、ＦＭＳ電気光学変調器、および高調波変換モジュールのレーザ出力パルス波形を示す。 異なる３組のオシロスコープの出力波形を示す。本出力波形は、図４Ｂ−１のレーザシステムのパルスレーザ源、ＦＭＳ電気光学変調器、および高調波変換モジュールのレーザ出力パルス波形を示す。 調整されたパルス出力を直接生成するため周波数変換したレーザ出力を形成してＦＭＳ電気光学変調器に入力するように協調動作するＱスイッチレーザと高調波変換変調器を採用したレーザシステムの簡易ブロック図である。 増幅した調整パルス出力を形成する後段の増幅と高調波変換のための基本調整パルス出力を生成する電気光学変調器で実装されたＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を採用したレーザシステムの簡易ブロック図である。 調整されたパルス出力を生成する高調波変換変調器と協調動作するＭＯＦＰＡとＦＭＳ電気光学変調器を採用したレーザシステムの簡易ブロック図である。 ＭＯＦＰＡと高調波変換変調器によって生成された高調波レーザパルスを直接整形するためＦＭＳ電気光学変調器と高調波変換変調器の位置が入れ替わっている点を除き、図５Ａのレーザシステムと同タイプのレーザシステムの簡易ブロック図である。 所望形状のレーザパルス出力を生成するためパルス高調波レーザ源と１つまたは２つのＦＭＳ電気光学変調器を用いて実装されたレーザシステムの光学部品を示す詳細ブロック図である。 実施形態１として、２つの電気光学変調器に駆動制御出力信号を提供する電気光学変調器駆動回路を示す。電気光学変調器は、その応答において多値の出力伝送を生じさせ、これによって調整されたパルス出力を生成する。 生成された信号波形と、その結果としての、図７の駆動回路によって駆動される電気光学変調器の出力伝送状態のタイミングシーケンスを示す。 実施形態２として、図６のシステムの電気光学変調器の１つに駆動制御出力信号を提供する電気光学変調器駆動回路を示す。電気光学変調器は、その応答において多値の出力伝送を生じさせ、これによって調整されたパルス出力を生成する。 生成された信号波形と、その結果としての、図９の駆動回路によって駆動される電気光学変調器の出力伝送状態のタイミングシーケンスを示す。 実施形態３として、図６のシステムの電気光学変調器の１つに駆動制御出力信号を提供する電気光学変調器駆動回路を示す。電気光学変調器は、その応答において多値の出力伝送を生成し、これによって調整されたパルス出力を生成する。 生成された信号波形と、その結果としての、図１１の駆動回路によって駆動される電気光学変調器の出力伝送状態のタイミングシーケンスを示す。

図１は、以下に説明する複数のレーザパルス切断システムの実施形態において実装されている、調整されたレーザパルス出力を生成する電気光学変調器１０を示す。電気光学変調器１０は、偏光装置（偏光器）１４と１６の間に配置され、パルスレーザ源２０によって出力されたレーザパルス１８のビームを受け取る電気光学結晶セル１２を備える。電気光学結晶１２セルは電極２２を備える。電極２２には、駆動回路２４の駆動出力信号が入力され、入射レーザパルス１８の整形に寄与する。レーザ源２０には、数ナノ秒〜１００ｎｓの範囲のパルス幅を有するレーザパルスを出射する任意のパルスレーザを用いることができる。電気光学結晶セル１２は、ＫＤＰ、ＫＤ＊Ｐ、ＡＤＰ、ＡＤ＊Ｐ、ＲＴＰ、ＲＴＡ、ＢＢＯ、ＬｉＮｂＯ_３、その他の電気光学材料で作成することができる。適切な電気光学結晶セル１２の１例は、オハイオ州ハイランドハイツのクリーブランドクリスタル社が製造しているＬｉｇｈｔＧａｔｅ４ ＢＢＯ ポッケルスセルである。ＬｉｇｈｔＧａｔｅ４セルは、１００ｋＨｚで動作し、その形状により駆動電圧を３５５ｎｍの４分の１波長遅延で約１．３ＫＶまで最小化する。ＬｉｇｈｔＧａｔｅ４セルは、わずか４ｐｆのキャパシタンスを有し、これにより２ｎｓ未満の立ち上がりおよび立ち下がり光応答時間を提供することができる。適切な駆動回路２４の１例は、ドイツ国ムルナウ（Ｍｕｒｎａｕ）のＢｅｒｇｍａｎｎ Ｍｅｓｓｅｇｅｒａｅｔｅ Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇ合資会社から入手できる、高圧でスイッチング時間の速いポッケルスセルドライバである。

ＢＢＯを用いた電気光学変調器１０は、ＢＢＯセル１２の電極２２に印加される４分の１波長駆動電圧に応答する際に、４分の１波長回転子として動作する。パルスレーザビーム１８は、偏光器１４を通過し、図示するようにｐ偏光（ｐ−ｐｏｌ）される。レーザビーム１８は、ＢＢＯ結晶セル１２を一度通過する。ＢＢＯ結晶セル１２の電極２２に駆動電圧が印加されていないとき、レーザパルスはｐ偏光状態を維持して偏光器１６を通過する。レーザ波長の４分の１波長駆動電圧がＢＢＯ結晶セル１２の電極２２に印加されているとき、ビームの偏光方向は９０度回転し、ｓ偏光（ｓ−ｐｏｌ）される。ＢＢＯ結晶セル１２の電極２２に印加される駆動電圧が０と４分の１波長電圧の間であるとき、レーザビーム１８のうち偏光器１６から伝送される部分は、およそ以下のように表される。
Ｔ＝ｓｉｎ^２［（π／２）（Ｖ／Ｖ_１／２）］
ここで、Ｔは偏光器１６からのレーザビームの伝送分、Ｖは電気光学結晶セル１２の電極２２へ印加される電圧、Ｖ_１／２は２分の１波長電圧である。

上記式に基づき、電気光学変調器１０の制御可能な伝送分Ｔは、レーザパルス整形機能を提供する。理論的には、電気光学結晶セル１２と偏光器１４および１６の伝送分は、約０％〜１００％となり得る。図２は、レーザパルス形状の５つの例を示す。図２は、カラム（ａ）として、パルス整形の１例を示す。ここでは、伝送分が０％から１００％へ、２ｎｓ未満の立ち上がり時間で変化してレーザパルスがピークに到達し、レーザパルスの立ち上がりエッジを高速にすることができる。当業者は、ダブルパス構成として当該分野で知られる別構成において、所望レベルの偏光回転を達成するため、４分の１波長電圧を採用することもできるが、この効率改善は光学部品をより複雑にしてしまうというコストの下で成り立つことを理解するであろう。

立ち上がりおよび立ち下がり時間は、電気光学セルの電圧とキャパシタンス、駆動回路トランジスタのスイッチング時間、繰り返し周波数、および全体的な消費電力に関連している。電気光学セルの電圧とキャパシタンスが低いと、応答時間が高速になる。したがって、電気光学セルに適切な材質を選択することが重要である。当業者は、ＢＢＯとＲＴＰが電気光学変調器を実装するための有用な材質特性を示すことを理解するであろう。Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−ＶｅｒｌａｇのＫｏｅｃｈｎｅｒは、「固体レーザエンジニアリング」において、以下のように述べている。電界が結晶光軸に平行に、入射光と同じ方向に印加される縦型電気光学セルについては、位相差δは長さｌの結晶に印加される電圧に対して下記式のような関係を有する。
δ＝（２π／λ）ｎ_０ ^３ｒ_６３Ｖ_ｚ
ここで、Ｖ_ｚ＝Ｅ_ｚｌである。

２分の１波長遅延を得るため、ポッケルスセルは位相差δ＝πを生成する。この場合、線形偏光された、ポッケルスセルに入射する光については、出力ビームもまた線形偏光されるが、偏光面は９０度回転する。当該分野で知られている偏光光学素子を組み込むことにより、ポッケルスセルは電圧制御された光変調器として機能することができる。Ｋｏｅｃｈｎｅｒは、そのような装置における伝送分Ｔを、下記式で表している。
Ｔ＝ｓｉｎ^２［（π／２）（Ｖ／Ｖ_１／２）］
ここで、２分の１波長電圧は、Ｖ_１／２＝λ／２ｎ_０ ^３ｒ_６３である。

電界がビームに対して垂直に印加される横型電気光学結晶セルについては、２分の１波長電圧は下記式で与えられる。
Ｖ_１／２＝λｄ／２ｎ_０ ^３ｒ_６３ｌ

このタイプの電気光学結晶セルは、２分の１波長電圧が結晶厚さと長さの比に依拠するという有用な属性を有している。これらパラメータを適切に選択することにより、電気光学結晶セルを縦型電気光学結晶セルに印加される電圧より低い印加電圧で動作するように設計し、所与の位相差を達成することができる。

当業者は、上記式のｒ_６３の項がＫＤＰ系リン酸塩の電気光学係数を表すことを理解するであろう。ＲＴＰ結晶は、この系の重要な要素であり、１０６４ｎｍレーザ入力を用いるための望ましい実施形態において望ましい電気光学結晶材質である。ＢＢＯ結晶は３５５ｎｍレーザ入力において用いるのが望ましい。

ＲＴＰ結晶は、１０６４ｎｍレーザ入力について必要となる電圧が低く（πまたは２分の１波長遅延および３．５ｍｍ開口の場合については約１．６ｋＶ）、１０ＭＨｚまでの繰り返し周波数で動作することができる。ＲＴＰ結晶は、平均パワーが概ね１０Ｗを超える場合、透過制約のため良好に動作することができず、またはＵＶ用途に適していない。上述した最近の用途については、ＢＢＯが望ましい。実際には、高い電圧が必要になるため（２分の１波長遅延において約６ＫＶ）、１０６４ｎｍレーザについてＢＢＯを１００ＫＨｚで動作させるのは難しい。したがって、ＲＴＰ電気光学結晶セルが１０６４ｎｍレーザについては現時点で望ましい選択である。ＢＢＯ電気光学結晶セルは３５５ｎｍレーザの場合に望ましい（ＬｉｇｈｔＧａｔｅ４ ＢＢＯ ポッケルスセルの場合、２分の１波長遅延で約１．３ＫＶ）。他の電気光学材質、例えばＫＤＰ、ＲＴＡ、ＡＤＰは、圧電（ＰＥ）共振のため、高い繰り返し周波数とパルス変調で用いる際に主要な制約がある。より高速な立ち上がりおよび立ち下がり時間により、より高い周波数成分を得ることができる。そのため、これら周波数成分の１つが１次共振周波数に合致する可能性が高くなる。これは特に、基本周波数よりもずっと高い範囲にわたって多くの周波数成分を含む、立ち上がり時間の速い調整されたパルスに当てはまる。

調整されたパルス形状を生成するため、開示する望ましい実施形態は、ＰＥ共振を回避するように設計された「高速多値（Ｆａｓｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔａｔｅ：ＦＭＳ）」電気光学変調器を用いて実装されている。１０６４ｎｍレーザ出力については、これはＲＴＰ結晶材質で作成された電気光学セルと、多大なＰＥ共振を生じない短い電気パルスを用いることによって達成される。ナノ秒オーダのパルス長では、ＰＥ共振は比較的低い。例えば、ＲＴＰ電気光学結晶セルは、５％のデューティサイクルパルスについて、１０ＭＨｚの繰り返し周波数に達する。

高速な立ち上がりおよび立ち下がり時間を得る際の他の課題は、電気光学変調器ドライバの設計である。電気光学結晶セルがサブナノ秒またはピコ秒のスイッチング時間を生成することを妨げる事実上の制約はない。したがって、高速なスイッチング時間は、主に電気ドライバに依拠する。当業者は、電気スイッチには２つの主なタイプがあることを理解するであろう。アバランシェトランジスタとＭＯＳＦＥＴである。トランジスタは、最高速度のスイッチング時間を得るため、非常に限られた電圧範囲で動作する。１．６ＫＶレンジで動作するため、７〜１０個のトランジスタのスタックを用いることができる。アバランシェトランジスタは、２ｎｓのスイッチング時間を達成することができるが、繰り返し周波数が１０ＫＨｚ未満に制限される。より高い繰り返し周波数については、ＭＯＳＦＥＴが現時点では望ましい。これは、一般にＭＯＳＦＥＴは１ｎｓの応答時間と最大１ＫＶの動作電圧を有するからである。少なくとも２〜３個のＭＯＳＦＥＴのスタックが、１．６ＫＶレンジで動作するために用いられる。

したがって、ＭＯＳＦＥＴと回路設計の選択は、ＦＭＳパルス変調を達成するために密接な関係がある。特に、駆動回路消費電力は、ピーク動作電圧の２乗に比例するため、課題となる。例えば、約６ＫＶで動作するＢＢＯ電気光学セルは、所与の繰り返し周波数で同等の位相シフトを得るため、１．６ＫＶで動作するＲＴＰ電気光学セルの約１４倍の消費電力を必要とする。当業者は、動作電圧を低くすることによって消費電力を低減できることを理解するであろう。開口サイズと駆動電圧を慎重に選択することにより、ＭＯＳＦＥＴの数を削減し、その結果としてＦＭＳパルス変調のパフォーマンスを向上させることができる。横型電気光学変調器の望ましい実施形態において、ＲＴＰおよびＢＢＯ電気光学結晶セルの開口を約２ｍｍまで減少させると、２分の１波長遅延電圧がこれに対応して、１０６４ｎｍレーザについてＲＴＰおよびＢＢＯ電気光学結晶セルそれぞれにおいて約８００Ｖおよび４ＫＶまで減少する。

ＦＭＳ電気光学変調器は、複数のプログラム可能な変調ステップを実施することができる。各ステップは、望ましくは約４ｎｓ未満の立ち上がり時間と、４ｎｓ未満の立ち下がり時間を有する。より望ましくは、各ステップは２ｎｓ未満の立ち上がり時間と、２ｎｓ未満の立ち下がり時間を有する。開示する実施形態の動作上の利点は、１以上の振幅値を有するようにプログラムされた、調整パルス形状を提供することである。他の動作上の利点は、プログラム可能な調整パルス形状を、離散的な振幅および時間成分とともに提供できることである。これは、図２（ａ）に示すタイプのパルス形状を有する、調整されたパルス出力を生成する際に特に有用である。このパルス形状は、第１の最大振幅までの立ち上がり時間よりも実質的に長い総立ち下がり時間を有する。

図３Ａは、ＦＭＳ電気光学変調器１０とパルス高調波レーザ源３４を採用したレーザシステム３０の望ましい実施形態の簡易ブロック図を示す。レーザシステム３０は、実質的にガウス形状、矩形、または台形パルス形状の高調波レーザパルス入力から、調整された高調波出力パルス形状を生成することができる。上記調整された高調波パルス形状出力は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリを含む多様な半導体メモリデバイスの導電リンク構造を切断する用途；銅／ポリアミド層状材料のようなフレキシブル回路、および集積回路（ＩＣ）パッケージにレーザで穴開けしたマイクロビアを生成する用途；半導体にレーザ加工またはマイクロ加工を実施する、例えば半導体集積回路、シリコンウエハ、太陽電池セルをレーザでスクライビングまたはダイシングする用途；金属、誘電材料、ポリマー材料、プラスチックにレーザマイクロ加工を実施する用途；において採用すると有利である。

図３Ｂは、図３Ａのレーザシステム３０で用いられているパルス高調波レーザ源３４の望ましい実装例を示す。パルス高調波レーザ源３４として、１０６４ｎｍで動作する、ダイオード励起、Ｑスイッチ、Ｎｄ：ＹＶＯ_４のマスター発振器３６を用いることができる。マスター発振器３６の出力（λ_１、Ｐ_１（ｔ）として模式的に示されている）は、１０６４ｎｍで動作するダイオード励起Ｎｄ：ＹＶＯ_４増幅器３８内で増幅される。増幅された１０６４ｎｍ出力（λ_１、Ｐ_２（ｔ）として模式的に示されている）は、次に共振器外高調波モジュール４０内で３５５ｎｍへ周波数変換され、その出力はλ_２、Ｐ_３（ｔ）として模式的に示されている。共振器外高調波モジュール４０は、オプションの第１フォーカスレンズ；１０６４ｎｍから５３２ｎｍへ変換するための、タイプＩ、非微調位相整合ＬＢＯカット；オプションの第２フォーカスレンズ；１０６４ｎｍと５３２ｎｍから３５５ｎｍへ高調波変換するための、タイプＩＩ、和周波発生ＬＢＯ結晶カット；を備える。この構成例は、ステアリング光学素子と２色性ビーム分離素子を有する。これら構成と実装手法は当業者によく知られている。パルス高調波源３４の出力（λ_２、Ｐ_３（ｔ）として模式的に示されている）は、ＦＭＳ電気光学変調器１０に連結され、調整されたパルス形状出力（λ_２、Ｐ_４（ｔ）として模式的に示されている）を、３５５ｎｍの第３高調波波長で生成する。

当業者は、同一の偏光変化についての印加電圧が第２高調波については２分の１であり第３高調波については３分の１であるため、ＦＭＳ電気光学変調器１０が高調波波長において効率的に動作できることを理解するであろう。この効果により、駆動電圧の立ち上がり時間が低速制約を受け、短い波長の変調が低い駆動電圧で得られるため、立ち上がり時間と立ち下がり時間を、基本波長で動作する同様のシステムについても効果的に減少させることができる。

図４Ａは、高調波変調器５６と協調動作するＦＭＳ電気光学変調器１０と基本パルスレーザ源５４を採用し、整形したレーザパルスを非線形変換することによって所望の出力を生成する、レーザシステム５０の望ましい実施形態の簡易ブロック図を示す。第１の中心または基本波長で動作するパルスレーザ源５４は、実質的にガウス形状、矩形、または台形のパルス形状出力（λ_１、Ｐ_１（ｔ）として模式的に示されている）をＦＭＳ電気光学変調器１０に出力する。ＦＭＳ電気光学変調器１０は、入力パルス形状を第１調整パルス形状出力（λ_１、Ｐ_２（ｔ）として模式的に示されている）へ変更するようにプログラムされている。第１調整パルス形状出力は、後続のダイオード励起Ｎｄ：ＹＶＯ_４パワー増幅器５８による増幅および後続の高調波出力への変換に適している。高調波出力を生成するため、１０６４ｎｍで動作するダイオード励起パワー増幅器５８によって生成され増幅された基本波長の調整パルス形状出力（λ_１、Ｐ_３（ｔ）として模式的に示されている）は、高調波変換モジュール５６に出力される。高調波変換モジュール５６は、増幅された基本波長の調整パルス形状出力を、３５５ｎｍの第２の中心または高調波波長で、高調波調整パルス形状出力（λ_２、Ｐ_４（ｔ）として模式的に示されている）へ変換する。図４Ａに示すように、高調波変換プロセスの特性のため、λ_１、Ｐ_３（ｔ）からλ_２、Ｐ_４（ｔ）への変換は、当業者によく知られているように、パルス形状振幅の時間依存性に強く依拠する。当業者は、光学素子と高調波結晶の代替構成を用いて、第２、第４、または第５高調波を生成できることを理解するであろう。高調波変換プロセスは、Ｖ．Ｇ．Ｄｍｉｔｒｉｅｖ等の「非線形光学結晶ハンドブック」Ｐ．１３８〜１４１に記載されている。代替実施形態においては、ダイオード励起パワー増幅器５８は、ダイオード励起大口径ファイバーパワー増幅器またはダイオード励起光結晶ファイバーパワー増幅器によって置き換えることができる。

図４Ｂ−１は、実施形態１として、レーザシステム５０’を示す。ＦＭＳ電気光学変調器１０の第１調整基本出力は、高調波変換モジュール５６へ増幅なしに直接連結されている。この時間依存性効果は、Ｖ．Ｇ．Ｄｍｉｔｒｉｅｖ等の「非線形光学結晶ハンドブック」Ｐ．１〜５１に記載されている。出願人は、特に図２．１３を参照する。同図は高調波パルス形状の生成が入力パルス形状の時間的な振幅分布に依拠することを示している。図４Ｂ−２と４Ｂ−３は、図４Ｂ−１のパルスレーザ源５４、電気光学変調器１０、および高調波変換モジュール５６それぞれのレーザ出力パルス波形６２、６４、６６を重ね合わせた３つのオシロスコープの画面トレースペアを示す。

図４Ｂ−２は、調整された深紫外線（２６６ｎｍ）出力パルス波形６６とパルス緑色（５３２ｎｍ）レーザ出力波形６２の時間関係を示す。図４Ｂ−３は、深紫外線（２６６ｎｍ）出力パルス波形６６と調整された緑色（５３２ｎｍ）出力波形６４の時間関係を示す。図４Ｂ−３は、波形６６の比較的平坦な中間部分６６ｉから測定したピーク振幅６６ｐの高さが、波形６４の比較的平坦な中間部分６４ｉから測定したピーク振幅６４ｐの高さよりも非常に大きいことを示す。このピーク振幅６６ｐとピーク振幅６４ｐの間の大きな差異は、Ｐ_３（ｔ）がＰ_２ ^２（ｔ）に比例する、高調波変換モジュール５６が実施する非線形高調波変換プロセスから生じている。調整された出力パルス波形６６のピーク振幅６６ｐの高調波変換の非線形効果を事前補償するには、電気光学変調器１０の電極２２に印加される駆動回路２４の駆動出力信号の順番付けタイミングを慎重に定める必要がある。駆動信号のシーケンスは、変調器１０の多値出力伝送を生じさせ、非線形効果を事前補償して調整された所望形状の深紫外線出力パルス波形６６を生成する形状を有する、調整された緑色出力パルス波形６４を形成する。

図４Ｃは、実施形態２として、レーザシステム５０’’を示す。パルスレーザ源５４は、１０６４ｎｍで動作する、ダイオード励起、ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ_４レーザ５４で、その出力（λ_１、Ｐ_１（ｔ）として模式的に示されている）は共振器外高調波変換モジュール５６に入力され、その後、３５５ｎｍの高調波波長で高調波非調整パルス形状出力（λ_２、Ｐ_２（ｔ）として模式的に示されている）に変換される。高調波非調整パルス形状出力はその後、ＦＭＳ電気光学変調器１０に連結され、３５５ｎｍの高調波波長で高調波調整パルス形状出力（λ_２、Ｐ_３（ｔ）として模式的に示されている）を生成する。

図４Ｄは、実施形態３として、レーザシステム５０’’’を示す。基本パルスレーザ源５４は、１０６４ｎｍで動作する、ダイオード励起、ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ_４レーザ５４で、その出力（λ_１、Ｐ_１（ｔ）として模式的に示されている）はＦＭＳ電気光学変調器１０に連結され、第１基本調整パルス形状出力（λ_１、Ｐ_２（ｔ）として模式的に示されている）を生成する。第１基本調整パルス形状出力はその後、ダイオード励起ファイバーまたは固体増幅器５８内で増幅され、増幅された基本調整パルス形状出力（λ_１、Ｐ_３（ｔ）として模式的に示されている）を生成する。ダイオード励起固体増幅器５８の望ましい実施形態は、ダイオード励起Ｎｄ：ＹＶＯ_４増幅器である。これに代えて、ダイオード励起パワー増幅器５８は、ダイオード励起大口径ファイバーパワー増幅器またはダイオード励起光結晶ファイバーパワー増幅器で置き換えることができる。調整パルス形状出力λ_１、Ｐ_３（ｔ）はその後、ファイバーまたはダイオード励起固体パワー増幅器６８内で増幅し、増幅された第２調整パルス形状出力（λ_１、Ｐ_４（ｔ）として示されている）を生成することもできる。第２調整パルス形状出力は、共振器外高調波変換モジュール５６へ入力され、その後、３５５ｎｍの高調波波長で高調波調整パルス形状出力（λ_２、Ｐ_５（ｔ）として模式的に示されている）へ変換される。

図５Ａは、ＦＭＳ電気光学変調器１０と、プログラム可能なパルス幅を用いるマスター発振器ファイバーパワー増幅器（ＭＯＦＰＡ）を備えるパルスレーザ源７２と、を採用したレーザシステム７０の望ましい実施形態の簡易ブロック図を示す。プログラム可能パルス幅ＭＯＦＰＡ７２は、典型的な台形パルス形状の出力を生成する。

ＭＯＦＰＡ７２は、パルスシード源７４とファイバーパワー増幅器７６を備える。シード源７４は、例えばＱスイッチ固体レーザ、またはパルス半導体レーザのようなパルスレーザ源である。シード源レーザからのレーザ出力（λ_１、Ｐ_１（ｔ）として模式的に示されている）は、ファイバーパワー増幅器７６に出力され、ファイバーパワー増幅器７６はＭＯＦＰＡ出力（λ_１、Ｐ_２（ｔ）として模式的に示されている）を生成する。ＭＯＦＰＡ出力は、スペクトル帯域幅が狭く（＜１．０ｎｍ）、優れた空間モード品質（Ｍ^２＜１．２）をもって十分に偏光されている（＞１００：１）ことが望ましい。ファイバーパワー増幅器７６は、ダイオード励起、希土類添加ファイバー増幅器であることが望ましい。ダイオード励起希土類添加ファイバー増幅器内のゲインファイバーは、多重被覆大口径ファイバーであることが望ましい。他の望ましい実施形態では、ゲインファイバーは大口径光結晶ファイバー、例えばロッド状の大口径光結晶ファイバーである。

ＭＯＦＰＡ出力は、ＦＭＳ電気光学変調器１０に連結されている。ＦＭＳ電気光学変調器１０は、入力パルス形状を第１調整パルス形状出力（λ_１、Ｐ_３（ｔ）として模式的に示されている）に変更するようにプログラムされている。第１調整パルス形状出力は、後続の高調波出力への変換に適している。ＦＭＳ電気光学変調器１０の出力は、共振器外高調波モジュール７８に入力され、３５５ｎｍの高調波波長で高調波調整パルス形状出力（λ_２、Ｐ_４（ｔ）として模式的に示されている）へ周波数変換される。高調波調整パルス形状ＭＯＦＰＡ出力のパルス繰り返し周波数は、５０ＫＨｚより大きいことが望ましく、１５０ＫＨｚより大きければより望ましい。

図５Ｂは、代替実施形態として、レーザシステム７０’を示す。パルスレーザ源７２は上述のように１０６４ｎｍで動作するＭＯＦＰＡであってもよく、その出力（λ_１、Ｐ_１（ｔ）として模式的に示されている）は共振器外高調波モジュール７８へ入力され、３５５ｎｍの高調波波長で高調波非調整パルス形状出力（λ_２、Ｐ_２（ｔ）として模式的に示されている）へ変換される。高調波非調整パルス形状出力は、ＦＭＳ電気光学変調器１０に連結され、３５５ｎｍの高調波波長で高調波調整パルス形状出力（λ_２、Ｐ_３（ｔ）として模式的に示されている）を生成する。

図６は、パルス高調波レーザ源と、所望形状のレーザパルス出力を生成する１または２のＦＭＳ電気光学変調器とで実装されたレーザシステム１００の光学部品を示す詳細ブロック図である。図６に示すように、レーザシステム１００は、パルス高調波レーザ源１０２を備える。パルス高調波レーザ源１０２は、３５５ｎｍのパルスレーザ出射ビーム１０４を出射する、共振器内 ＵＶ ＤＰＳＳ レーザタイプであることが望ましい。出力ビーム１０４のレーザパルス１０６の１つは、レーザ源１０２の出力上に示されている。レーザ源１０２として適しているのは、カナダ国アーバインＮｅｗｐｏｒｔ社のスペクトル物理事業部が製造し、３５５ｎｍ、１００ＫＨｚの繰り返し周波数、１８ｎｓパルス幅で約１Ｗのパワーを出射する、Ｔｒｉｓｔａｒ（ＴＭ）２０００ＵＶレーザである。レーザビーム１０４は、高反射ミラー１０８に入射される。高反射ミラー１０８は入射レーザビームエネルギーのほぼ全てを第２高反射ミラー１１０へ向け、入射レーザビームエネルギーの漏れ分は光検出器１１２へ向かう。光検出器１１２は、検出器出力信号１１４を生成する。光検出器１１２として適しているのは、日本国浜松市の浜松ホトニクス株式会社が製造する、浜松Ｓ３２７９フォトダイオードである。検出器出力信号１１４は、以下に説明する電気光学変調器駆動回路の３つの実施形態それぞれに出力される。

ミラー１１０によって反射されたレーザビーム１０４は、手動調整可能な減衰器１２０と第１ビーム拡張器１２２を介して伝搬し、高反射ビームステアリングミラー１２４および１２６で反射し、電気制御可能な減衰器として機能する音響光学変調器（ＡＯＭ）１２８に入力する。ＡＯＭ１２８を出るレーザビーム１０４は、第２ビーム拡張器１３０を介して伝搬する。

レーザシステム１００の第１実装例において、レーザビーム１０４は第２ビーム拡張器１３０から伝搬し、反射器１３４と１３６で反射した後、光学的に直列接続された電気光学変調器１５０および１５２に入射する。その出力は偏光器１５４と１５６に光学的に関連付けられている。電気光学変調器１５０および１５２として適しているのは、上述のＬｉｇｈｔＧａｔｅ４ ＢＢＯ ポッケルスセルである。電気光学変調器１５０および１５２は、電気光学変調器駆動回路２１０（図７）から駆動制御出力信号を受け取り、調整されたパルス出力を生成する。調整されたパルス出力は、ビーム拡張器１５８とズームビーム拡張器１６０を介して伝搬し、システム光学部品へ出力するための、プログラム可能なレーザビームスポットを提供する。

レーザシステム１００の第２および第３実装例において、電気光学変調器１５２とこれに対応する偏光器１５６は省略され、レーザビーム１０４は電気光学変調器１５０とこれに対応する偏光器１５４を介して伝搬し、ズームビーム拡張器１６０へ到達する。電気光学変調器１５０は、第２実装例では電気光学変調器駆動回路３１０（図９）から駆動制御出力信号を受け取り、第３実装例では電気光学変調器駆動回路４１０（図１１）から駆動制御出力信号を受け取る。以下、レーザシステム１００の３つの実装例を実現する３つの電気光学変調器駆動回路２１０、３１０、４１０の実施形態を、調整されたレーザパルス時間プロファイルと合わせて詳細に説明する。

図７は、実施形態１として、駆動制御出力信号を電気光学変調器１５０、１５２に提供する電気光学変調器駆動回路２１０を示す。電気光学変調器１５０、１５２は、その応答において多値出力伝送を生じさせ、これにより、調整されたパルス時間プロファイルを示す調整されたパルス出力を生成する。駆動回路２１０は、入力として光検出器１１２の検出器出力信号１１４と制御コンピュータ２１６からの制御命令出力２１２を受け取る。制御命令出力２１２は、検出器出力信号１１４の変化値と比較するため制御コンピュータ２１６がセットしたトリガ閾値を含む。トリガ閾値と、パルスレーザ出射が発生したことへの応答において生成される検出器出力信号１１４との比較結果は、駆動回路２１０の動作の基礎となる。検出器出力信号１１４は、多値出力伝送の生成をパルスレーザ出射の発生とパルスレーザ出射の多値出力伝送の生成順番付けに寄与する制御命令出力に同期する。上記同期は、レーザパルスエネルギーの不確定な生成の効果から生じるジッタと、調整されたパルス出力を形成する多値出力伝送を生じさせる際のレーザパルス出力信号の信号ジッタとの寄与分が導入されることを抑制する。

以下、駆動回路２１０の構成要素と動作を、図７と図８を参照して説明する。後者は生成された信号波形とその結果としての電気光学変調器１５０および１５２の出力伝送状態のタイミングシーケンスを示す。検出器出力信号１１４は、第１電圧比較器２３２と第２電圧比較器それぞれの信号入力に入力される。制御命令出力２１２は、下方トリガ閾値信号２３６と上方トリガ閾値信号２３８を含む。これらはデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）２４０および２４２それぞれの入力へ入力される。ＤＡＣ２４０の下方閾値電圧出力２４４は第１比較器２３２の電圧閾値入力へ入力され、ＤＡＣ２４２の上方閾値電圧出力２４６は第２比較器２３４の電圧閾値入力へ入力される。

図７と図８は、比較器２３２の出力と比較器２３４の出力においてそれぞれ現れるＴｒｉｇｇｅｒ１信号とＴｒｉｇｇｅｒ２信号を示す。図８は、明瞭のため、レーザパルス１０６、ＤＡＣ出力２４４と２４６の閾値電圧を、併記して示す。比較器２３２のＴｒｉｇｇｅｒ１出力は、第１ＥＯドライバ２５０のＳｔａｒｔ入力とプログラム可能遅延ライン２５２の信号入力に入力される。遅延ライン２５２のＳｔｏｐ１出力は、Ｔｒｉｇｇｅｒ１出力の時間変位バージョンであり、第１ＥＯドライバ２５０のＳｔｏｐ入力へ入力される。同様に、比較器２３４のＴｒｉｇｇｅｒ２出力は、第２ＥＯドライバ２５４のＳｔａｒｔ入力とプログラム可能遅延ライン２５６の信号入力へ入力される。遅延ライン２５６のＳｔｏｐ２出力は、Ｔｒｉｇｇｅｒ２出力の時間変位バージョンであり、第２ＥＯドライバ２５４のＳｔｏｐ入力へ入力される。

図７と図８は、遅延ライン２５２の出力と遅延ライン２５６の出力においてそれぞれ現れるＳｔｏｐ１信号とＳｔｏｐ２信号を示す。図８（上図）は、Ｔｒｉｇｇｅｒ１とＳｔｏｐ１の立ち上がりエッジの間の遅延時間としてＤｅｌａｙ１を示し、Ｔｒｉｇｇｅｒ２とＳｔｏｐ２の立ち上がりエッジの間の遅延時間としてＤｅｌａｙ２を示す。Ｄｅｌａｙ１とＤｅｌａｙ２の量は、プログラム可能遅延ライン２５２および２５６それぞれの遅延プリセット入力に入力される制御命令出力２１２が伝送する遅延プリセット値によって設定される。Ｄｅｌａｙ１の開始時に、Ｔｒｉｇｇｅｒ１の立ち上がりエッジは、第１ＥＯドライバ２５０の出力において、パルスレーザ出射の下方出力伝送状態から上方出力伝送状態へスイッチングすることにより、Ｄｒｉｖｅｒ１遅延信号を電気光学変調器１５０が応答する電圧へ遷移させる。図８（下図）は、第１ＥＯドライバ２５０による下方出力伝送から上方出力伝送への遷移によって生じる、パルスレーザ出射への効果を示す。Ｄｒｉｖｅｒ１（上図）とＳｌｉｃｅ１（下図）の第１立ち上がりエッジの間の矢印は、この効果を示す。Ｄｅｌａｙ１とＤｅｌａｙ２の開始時の間では、Ｔｒｉｇｇｅｒ２信号の立ち上がりエッジは、第２ＥＯドライバ２５４の出力において、パルスレーザ出射の上方出力伝送状態から中間出力伝送状態へスイッチングすることにより、Ｄｒｉｖｅｒ２遅延信号を電気光学変調器１５２が応答する電圧へ遷移させる。中間出力伝送状態は、上方出力伝送状態と下方出力伝送状態の間である。図８（下図）は、第２ＥＯドライバ２５４による上方出力伝送から中間出力伝送への遷移によって生じる、パルスレーザ出射への効果を示す。Ｄｒｉｖｅｒ２（上図）とＳｌｉｃｅ２（下図）の第１立ち下がりエッジの間の矢印は、この効果を示す。

Ｄｅｌａｙ１は、遅延ライン２５２が生じさせる遅延の結果として生じる、Ｓｔｏｐ１信号の立ち上がりエッジで終了する。Ｄｅｌａｙ１が終了すると、上方出力伝送状態から下方出力伝送状態へスイッチングすることにより、Ｄｒｉｖｅｒ１遅延信号は電気光学変調器１５０が応答する電圧へ遷移する。図８（下図）は、第１ＥＯドライバ２５０による上方出力伝送から下方出力伝送への遷移によって生じる、パルスレーザ出射への効果を示す。Ｓｔｏｐ１（上図）とＳｌｉｃｅ２（下図）の第２立ち下がりエッジの間の矢印は、この効果を示す。

最後に、Ｄｅｌａｙ２は、遅延ライン２５６が生じさせる遅延の結果として生じる、Ｓｔｏｐ２信号の立ち上がりエッジで終了する。Ｄｅｌａｙ２が終了すると、中間出力伝送状態から上方出力伝送状態へスイッチングすることにより、Ｄｒｉｖｅｒ２遅延信号は電気光学変調器１５２が応答する電圧へ遷移する。電気光学変調器１５２が上方出力伝送状態へ戻るタイミングは、遷移がＳｔｏｐ１信号の立ち上がりエッジの後かつ次のレーザパルス出射が電気光学変調器１５０に到達する前に生じている限り、厳密さは要しない。実際の遷移は、電気光学変調器１５０の下方出力伝送状態がゼロより大きい傾向にあれば、レーザパルス出射が完了した後に生じる。

図９と図１１は、実施形態２および実施形態３として、それぞれ電気光学変調器１５０へ駆動制御出力信号を提供する、電気光学変調器駆動回路３１０および４１０をそれぞれ示す。電気光学変調器１５０は、その応答において、多値出力伝送を生じさせ、これにより調整されたパルス時間プロファイルを示す、調整されたパルス出力を生成する。（図６は、図９と図１１の実施形態に関連して、レーザシステム１００における電気光学変調器１５２、偏光器１５６、ＥＯドライバ２５４が省かれていることを示すため、これらを破線で示す。）

以下、駆動回路３１０の構成要素と動作を、図９と図１０を参照して説明する。後者は生成された信号波形とその結果としての電気光学変調器１５０の出力伝送状態のタイミングシーケンスを示す。駆動回路３１０は、光検出器１１２の検出器出力信号１１４と制御コンピュータ２１６からの制御命令出力２１２を入力として受け取る。検出器出力信号１１４は、電圧比較器２３２の信号入力へ入力される。制御命令出力２１２は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）２４０の入力へ入力されるトリガ閾値信号２３６と、プログラム可能遅延ライン２５２の遅延プリセット入力へ入力される遅延プリセット値とを含む。

図９と図１０は、比較器２３２の出力において現れるＴｒｉｇｇｅｒ１信号を示す。図９は、レーザパルス１０６とＤＡＣ出力２４４の閾値電圧を示す。比較器２３２のＴｒｉｇｇｅｒ１出力は、ＥＯドライバ２５０のＳｔａｒｔ入力とプログラム可能遅延ライン２５２の信号入力に入力される。遅延ライン２５２のＴｒｉｇｇｅｒ２出力は、Ｔｒｉｇｇｅｒ１出力の時間変位バージョンであり、ＥＯドライバ２５０のＳｔｏｐ入力に入力される。

図１０（上図）は、Ｔｒｉｇｇｅｒ１信号とＴｒｉｇｇｅｒ２信号の立ち上がりエッジの間の時間遅延としてＤｅｌａｙ１を示す。Ｔｒｉｇｇｅｒ１信号の立ち上がりエッジの約１０ｎｓ後、ＥＯドライバ２５０はその出力において、パルスレーザ出射の最小出力伝送状態から最大出力伝送状態へスイッチングし、その後に中間出力伝送状態へスイッチングすることにより、Ｄｒｉｖｅｒ１（Ｓｔａｒｔ）を電気光学変調器１５０が応答する電圧へ遷移させる。（Ｔｒｉｇｇｅｒ１からＤｒｉｖｅｒ１（Ｓｔａｒｔ）への１０ｎｓの遅延は、ＥＯドライバ２５０に内在する回路遅延を表す。）中間出力伝送状態は、最大出力伝送状態と最小出力伝送状態の間である。この出力伝送状態のスイッチングシーケンスは、電気光学変調器１５０を電圧過剰状態へ駆動するＥＯドライバ２５０の出力において現れる電圧レベルによって得られる。電圧過剰状態に達するため、電気光学変調器１５０は最大出力伝送状態を介して回転し、パルスレーザ出射の高振幅部分３１２を形成し、次に中間出力伝送状態に達してその状態を所定時間維持し、パルスレーザ出射の平坦振幅部分３１４を形成する。図１０（下図）は、ＥＯドライバ２５０による最小出力伝送から最大出力伝送への遷移と、その後の中間出力伝送への遷移によって生じる、パルスレーザ出射への効果を示す。

Ｄｅｌａｙ１は、遅延ライン２５２が生じさせる遅延とＥＯドライバ２５０の１０ｎｓ回路遅延の結果として生じる、Ｓｔｏｐ１信号の立ち上がりエッジで終了する。Ｄｅｌａｙ１の終了時、ＥＯドライバ２５０はその出力において、中間出力伝送状態から最小出力伝送状態へスイッチングすることにより、Ｄｒｉｖｅｒ１（Ｓｔｏｐ）信号を電気光学変調器１５０が応答する電圧へ遷移させる。図１０（下図）は、ＥＯドライバ２５０による中間出力伝送から最小出力伝送への遷移によって生じる、パルスレーザ出射への効果を示す。中間出力伝送状態から最大出力伝送状態へのスイッチングは、電気光学変調器１５０を、最大出力伝送状態から最小出力伝送状態へ回転させ、パルスレーザ出射の第２立ち下がりエッジを形成することによって得られる。最大出力伝送状態は、パルスレーザ出射の終端で、第２ピーク振幅部分（図１０には示していない）を形成する。第２ピーク振幅部分は、その時点におけるレーザパルス１０６のエネルギーが低いので、無視してよい。

以下、駆動回路４１０の構成要素と動作を、図１１と図１２を参照して説明する。後者は生成された信号波形とその結果としての電気光学変調器１５０の出力伝送状態のタイミングシーケンスを示す。駆動回路４１０は、光検出器１１２の検出器出力信号１１４と制御コンピュータ２１６からの制御命令出力２１２を入力として受け取る。制御命令出力２１２は、制御コンピュータ２１６が検出器出力信号１１４の変化値と比較するためにセットしたトリガ閾値を含む。検出器出力信号１１４は、第１電圧比較器２３２と第２電圧比較器２３４それぞれの信号入力へ入力される。制御命令信号２１２は、立ち上がり電圧トリガ閾値信号２３６と立ち下がり電圧トリガ閾値信号２３８を含む。これらはデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）２４０および２４２それぞれの入力へ入力される。ＤＡＣ２４０の立ち上がりトリガ閾値電圧出力２４４は第１比較器２３２の電圧閾値入力へ入力され、ＤＡＣ２４２の立ち下がりトリガ閾値電圧信号２４６は第２比較器２３４の電圧閾値入力へ入力される。

図１１と図１２は、比較器２３２と２３４の出力においてそれぞれ現れる、Ｔｒｉｇｇｅｒ１信号とＴｒｉｇｇｅｒ２信号を示す。図１２は、レーザパルス１０６とＤＡＣ出力２４４の閾値電圧を示す。比較器２３２のＴｒｉｇｇｅｒ１出力はＥＯドライバ２５０のＳｔａｒｔ入力へ入力され、比較器２３４のＴｒｉｇｇｅｒ２出力はＥＯドライバ２５０のＳｔｏｐ入力へ入力される。

図１２（上図）は、Ｔｒｉｇｇｅｒ１信号の立ち上がりエッジの約１０ｎｓ後に、ＥＯドライバ２５０がその出力において、パルスレーザ出射の最小出力伝送状態から最大出力伝送状態へスイッチングし、その後に中間出力伝送状態へスイッチングすることにより、Ｄｒｉｖｅｒ１（Ｓｔａｒｔ）信号を電気光学変調器１５０が応答する電圧へ遷移させることを示す。中間出力伝送状態は、最大出力伝送状態と最小出力伝送状態の間である。この出力伝送状態のスイッチングシーケンスは、電気光学変調器１５０を電圧過剰状態へ駆動するＥＯドライバ２５０の出力において現れる電圧レベルによって得られる。電圧過剰状態に到達するため、電気光学変調器１５０は最大出力伝送状態を介して回転し、パルスレーザ出射の高振幅部分４１２を形成し、その後に中間出力伝送状態に達してその状態を所定時間維持し、パルスレーザ出射の平坦振幅部分４１４を形成する。図１２（下図）は、ＥＯドライバ２５０による最小出力伝送から最大出力伝送への遷移と、その後の中間出力伝送への遷移により生じる、パルス出力への効果を示す。

Ｔｒｉｇｇｅｒ２信号は、トリガ閾値信号２３６および２３８に対応するレーザパルス１０６のパルス振幅レベル間の立ち上がり経過時間の結果として生じる。Ｔｒｉｇｇｅｒ２信号の立ち上がりエッジの約１０ｎｓ後、ＥＯドライバ２５０はその出力において、中間出力伝送状態から最小出力伝送状態へスイッチングすることにより、Ｄｒｉｖｅｒ１（Ｓｔｏｐ）信号を電気光学変調器１５０が応答する電圧へ遷移させる。図１２（下図）は、ＥＯドライバ２５０による中間出力伝送から最小出力伝送への遷移によって生じる、パルスレーザ出射への効果を示す。中間出力伝送状態から最小出力伝送状態へのスイッチングは、電気光学変調器１５０を最大出力伝送状態から最小出力伝送状態へ回転させ、パルスレーザ出射の第２立ち下がりエッジを形成することによって得られる。最大出力伝送状態は、パルスレーザ出射の終端において、第２ピーク振幅部分（図１２には示していない）を形成する。第２ピーク振幅部分は、その時点でレーザパルスのパルス振幅エネルギーレベルが小さいので、無視してよい。

図９と図１１は、電気光学変調器１５０と電気光学変調器駆動回路３１０および４１０それぞれのドライバ２５０の出力の間に配置され、電気光学変調器１５０に形状制御可能な駆動制御出力信号を提供する、抵抗器−ダイオードアレイ５００を示す。電気光学変調器１５０の結晶は電気的にはキャパシタであるため、抵抗器または切替可能抵抗器アレイを、調整されたパルス時間プロファイルの電圧勾配を制御するために用いることができる。抵抗器−ダイオードアレイ５００は、２つの並列接続されたサブ回路を備える。サブ回路はそれぞれ、並列接続された抵抗器５０２および５０４を備え、さらにステアリングダイオード５０６がこれに直列接続されている。スイッチ５０８と直列接続された抵抗器５０４は、サブ回路に接続または切り離され、有効抵抗値を変化させる。サブ回路５０６のステアリングダイオード５０６は、逆向きに配置され、調整されたパルスの時間プロファイルの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの勾配が非対称となるようにする。

当業者にとって、上記実施形態の詳細部分について、本発明の趣旨から逸脱することなく多くの変更をなし得ることが理解されよう。例えば、周波数変換されたレーザ出力を形成する非線形変換は、長い波長のレーザ出力を提供するために実施することもできる。したがって本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定められる。

Claims (20)

1. 調整されたパルス出力を出射するダイナミックレーザパルス整形器であって、
   パルスレーザ出射を生成するパルスレーザ源と、
   前記パルスレーザ出射の発生に応答して検出器出力信号を生成する光検出器と、
   前記パルスレーザ源に光学的に関連付けられ、入力された駆動制御出力に応答して前記パルスレーザ出射の多値出力伝送を生じさせる光変調器と、
   前記検出器出力信号と制御命令出力に応答して前記駆動制御出力を生成する駆動回路と、
   を備え、
   前記検出器出力信号は、前記多値出力伝送の生成を前記パルスレーザ出射の発生に同期させ、
   前記制御命令出力は、前記パルスレーザ出射の前記多値出力伝送の生成順番付けに寄与し、調整された時間パルスプロファイルを示す、ジッタを抑制した調整パルス出力を形成する
   ことを特徴とするレーザパルス整形器。
2. 前記駆動回路は、第１および第２入力信号を受け取って前記駆動制御出力を構成し、
   前記第１入力信号は、前記光変調器に、前記パルスレーザ出射の下方出力伝送状態から上方出力伝送状態への第１遷移を生じさせ、
   前記第２入力信号は、前記光変調器に、前記パルスレーザ出射の上方出力伝送状態から中間出力伝送状態への第２遷移を生じさせ、
   前記中間出力伝送状態は、前記パルスレーザ出射の前記上方出力伝送状態と前記下方出力伝送状態の間である
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザパルス整形器。
3. 前記光変調器は、電気的キャパシタンスとしての機能を示すタイプのものであり、
   さらに前記駆動制御出力の前記光変調器への入力に影響するように配置された電気抵抗を備え、
   前記電気的キャパシタンスと前記抵抗は、前記第１および第２の出力伝送状態の遷移のうち少なくとも１つを形成するように協調動作する
   ことを特徴とする請求項２記載のレーザパルス整形器。
4. 前記光変調器は、ポッケルスセルタイプのものである
   ことを特徴とする請求項３記載のレーザパルス整形器。
5. 前記ポッケルスセルは、ＫＤＰ、ＫＤ＊Ｐ、ＡＤＰ、ＡＤ＊Ｐ、ＲＴＰ、ＲＴＡ、ＢＢＯ、またはＬｉＮｂＯ_３電気光学材料から選択された結晶材質を有する
   ことを特徴とする請求項４記載のレーザパルス整形器。
6. 前記検出器出力信号と前記制御命令出力は、信号レベルを有しており、
   さらにトリガ信号および前記トリガ信号の時間変位バージョンを生成する比較器および時間遅延回路を備え、
   前記トリガ信号および前記トリガ信号の時間変位バージョンはそれぞれ、前記検出器出力信号の信号レベルと前記制御命令出力との間の比較関係を示し、前記パルスレーザ出射の多値出力伝送を生じさせる
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザパルス整形器。
7. 前記時間遅延回路は、前記トリガ信号の選択可能な時間変位を提供するプログラム可能時間遅延器を備える
   ことを特徴とする請求項６記載のレーザパルス整形器。
8. 前記制御命令出力は、第１および第２命令信号を有し、
   前記検出器出力信号と前記第１および第２命令信号は、信号レベルを有し、
   さらに第１トリガ信号と前記第１トリガ信号の時間変位バージョンを生成する比較回路を備え、
   前記第１トリガ信号は、前記検出器出力信号の前記信号レベルと前記第１命令信号との間の比較関係を示し、前記第１命令信号レベルを超える前記検出器出力信号レベルが発生した際に、前記光変調器に前記パルスレーザ出射の第１の前記多値出力伝送を生じさせ、
   前記第１トリガ信号の時間変位バージョンは、前記検出器出力信号の信号レベルと前記第２命令信号との間の比較関係を示し、前記第２命令レベルを超える前記検出器出力信号レベルが発生した際に、前記光変調器に前記パルスレーザ出射の第２の前記多値出力伝送を生じさせ、
   前記第２の多値出力伝送は、前記第１の多値出力伝送の後に生じる
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザパルス整形器。
9. 前記駆動回路は、第１および第２変調器ドライバを備え、
   前記駆動制御出力は、前記第１および第２変調器ドライバそれぞれの出力において生成された第１および第２駆動制御信号を有し、
   前記光変調器は、第１光変調器を構成し、
   さらに、
   前記第１光変調器と光学的に関連付けられた第２光変調器と、
   前記パルスレーザ出射の前記多値出力伝送が生じた際に前記検出器出力信号に応答して前記第１および第２駆動制御信号を順に生成する比較器および時間遅延回路と、
   を備え、
   前記第１および第２光変調器は、前記第１および第２駆動制御信号にそれぞれ応答する
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザパルス整形器。
10. 前記制御命令出力は、第１および第２命令信号を有し、
    前記検出器出力信号と前記第１および第２命令信号は、信号レベルを有し、
    前記比較器および時間遅延回路は、
    第１トリガ信号および前記第１トリガ信号の時間変位バージョンと、
    第２トリガ信号および前記第２トリガ信号の時間変位バージョンと、
    を生成し、
    前記第１トリガ信号および前記第１トリガ信号の時間変位バージョンはそれぞれ、前記検出器出力信号の信号レベルと前記第１命令信号との間の比較関係を示し、前記第１光変調器に前記パルスレーザ出射の前記多値出力伝送の第１サブセットを生成させ、
    前記第２トリガ信号および前記第２トリガ信号の時間変位バージョンはそれぞれ、前記検出器出力信号の信号レベルと前記第２命令信号との間の比較関係を示し、前記第２光変調器に前記パルスレーザ出射の前記多値出力伝送の第２サブセットを生成させ、
    前記出力伝送の前記第２サブセットのうち少なくとも１つの状態は、前記出力伝送の前記第１サブセットのうち少なくとも１つの状態の後に生じる
    ことを特徴とする請求項９記載のレーザパルス整形器。
11. レーザ源によって生成されたパルスレーザ出射から生じる、調整されたパルス出力内のジッタの導入を抑制する方法であって、
    前記レーザ源は、不確定な生成時間の間にレーザパルスエネルギーが生じるレーザ空洞と、信号ジッタによって特徴付けられるレーザパルス出力信号に応答して前記レーザパルスエネルギーを出射させる変調器と、を備えており、
    前記レーザ源に光学的に関連付けられた光検出器を用いて、前記パルスレーザ出射の発生に応答して検出器出力信号を生成するステップと、
    前記パルスレーザ出射をパルス整形光変調器に向けるステップと、
    前記検出器出力信号と制御命令出力に応答して前記パルス整形光変調器に入力する駆動制御出力を生成する駆動回路を提供し、前記パルスレーザ出射の多値出力伝送を生じさせて、調整されたパルス出力を形成するステップと、
    を有し、
    前記検出器出力信号は、前記パルスレーザ出射の発生に応答して生成され、前記制御命令出力は、前記調整されたパルス出力を形成する前記多値出力伝送の生成において、前記レーザパルスエネルギーの不確定なエネルギー生成時間の効果によって生じたジッタと前記レーザパルス出力信号の前記信号ジッタによる寄与分の導入を抑制する
    ことを特徴とする方法。
12. 前記調整されたパルス出力を、半導体メモリ装置または電子回路の導電リンク構造に入射して切断するように方向付けるステップを有する
    ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 前記調整されたパルス出力を、半導体材料に入射するように方向付け、レーザ加工またはマイクロ加工を実施するステップを有する
    ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
14. 前記レーザ加工またはマイクロ加工するステップは、前記半導体材料をレーザスクライビングまたはダイシングするステップを有する
    ことを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記半導体材料は、半導体集積回路、シリコンウエハ、および太陽電池セルを含むグループから選択されている
    ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 前記調整されたパルス出力を、金属、誘電体、ポリマー、およびプラスチック材料を含むグループから選択されたターゲット材料へ入射してレーザマイクロ加工するように方向付けるステップを有する
    ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
17. 調整されたパルス出力を出射するダイナミックレーザパルス整形器であって、
    第１中心波長でパルスレーザ出射を生成するパルスレーザ源と、
    前記パルスレーザ源に光学的に関連付けられ、入力された駆動制御出力に応答して前記パルスレーザ出射の多値出力伝送を生じさせる光変調器と、
    制御命令出力に応答して前記駆動制御出力を生成し、前記パルスレーザ出射の前記多値出力伝送の生成順番付けに寄与し、前記第１中心波長で第１調整時間パルスプロファイルを示す変調器調整されたパルス出力を形成する駆動回路と、
    前記光変調器に光学的に関連付けられ、前記第１中心波長を変換し、前記第１中心波長よりも短い第２中心波長における高調波変換の非線形効果によって部分的に生じる第２調整時間パルスプロファイルを示す高調波変換器調整パルス出力を生成する光高調波変換器と、
    前記多値出力伝送を生じさせる順番付けのタイミングをとり、前記高調波変換の非線形効果を事前補償して、所望形状の第２調整時間パルスプロファイルを示す前記高調波変換器調整パルス出力を生成する形状を有する、前記第１調整時間パルスプロファイルを形成する前記制御命令出力と、
    を備えたことを特徴とするレーザパルス整形器。
18. 前記第１および第２調整パルスプロファイルは、それぞれ互いに異なる第１および第２ピークパワーを有する
    ことを特徴とする請求項１７記載のレーザパルス整形器。
19. 前記第１ピークパワーは、前記第２ピークパワーより小さい
    ことを特徴とする請求項１８記載のレーザパルス整形器。
20. 前記第１中心波長は緑色光の波長であり、前記第２中心波長はＵＶ光の波長である
    ことを特徴とする請求項１７記載のレーザパルス整形器。

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