JP2013021267A - Pulse laser oscillator and pulse laser oscillation control method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pulse laser oscillator capable of changing a voltage applied to an electro-optical device over time, extending a pulse width of a laser beam, and reducing a peak energy of a pulse laser outputted.SOLUTION: The pulse laser oscillator comprises: an electro-optical device 6 which polarizes light according to an applied voltage; and a voltage controller 7 which applies a voltage to the electro-optical device 6 and controls the voltage. The voltage controller 7 changes a voltage applied to the electro-optical device 6 over time and controls a pulse width of a laser beam.

Description

本発明は、印加された電圧に応じて光を偏光する電気光学素子を備えたパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法に関し、詳しくは、前記電気光学素子に印加する電圧を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を伸長し、出力されるパルスレーザのピークエネルギーを低下させることができるパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法に係るものである。   The present invention relates to a pulse laser oscillator and a pulse laser oscillation control method including an electro-optic element that polarizes light according to an applied voltage, and more specifically, changes a voltage applied to the electro-optic element over time, The present invention relates to a pulse laser oscillator and a pulse laser oscillation control method capable of extending the pulse width of laser light and reducing the peak energy of the output pulse laser.

従来のパルスレーザ発振器として、レーザ媒質、これを励起する励起用光源及びレーザ媒質が放射した光を往復増幅する共振器を有してパルスレーザ光を得る構成であって、レーザ媒質の片側に高反射率ミラーを、他方側に低反射率ミラーを配設してなる共振器間にQスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を配設し、レーザ光を共振器内に完全に閉じ込めた状態でQスイッチ発振を行わせ、共振器内に蓄積されたパルスレーザ光のピークレベル近傍で、続けてキャビティダンプ素子を動作させてキャビティダンプを行なわせることにより、共振器内部に蓄積されたエネルギーを瞬間的に外部に取り出すように構成されたものがあった(例えば特許文献1参照)。   A conventional pulse laser oscillator has a laser medium, an excitation light source that excites the laser medium, and a resonator that reciprocates and amplifies the light emitted by the laser medium to obtain pulsed laser light. Q-switch oscillation with a Q mirror element and a cavity dump element placed between the resonators with a reflectance mirror and a low reflectance mirror on the other side, and the laser beam is completely confined in the resonator The energy stored in the resonator is instantaneously externalized by causing the cavity dump element to continue to operate and perform the cavity dump near the peak level of the pulsed laser light accumulated in the resonator. There are some which are configured to be taken out (for example, see Patent Document 1).

特開2003−69118号公報JP 2003-69118 A

しかし、前記従来のパルスレーザ発振器においては、共振器内部に蓄積されたエネルギーが瞬間的に外部に取り出されるため、出力されるパルスレーザのピークエネルギーが大きくなりすぎ、レーザが照射される対象物を損傷するおそれがあった。   However, in the conventional pulse laser oscillator, the energy accumulated in the resonator is instantaneously extracted outside, so that the peak energy of the output pulse laser becomes too large, and the object irradiated with the laser is There was a risk of damage.

そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、パルス幅を伸長することにより、出力されるパルスレーザのピークエネルギーを低下させることができるパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法を提供することにある。   Accordingly, the problem to be solved by the present invention that addresses such problems is that a pulse laser oscillator and a pulse laser oscillation that can reduce the peak energy of the output pulse laser by extending the pulse width. It is to provide a control method.

前記課題を解決するために、本発明によるパルスレーザ発振器は、印加された電圧に応じて光を偏光する電気光学素子と、前記電気光学素子に電圧を印加するとともに電圧を制御する電圧制御装置とを備えたパルスレーザ発振器であって、前記電圧制御装置によって前記電気光学素子に印加する電圧を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を制御するものである。   In order to solve the above problems, a pulse laser oscillator according to the present invention includes an electro-optic element that polarizes light according to an applied voltage, a voltage control device that applies a voltage to the electro-optic element and controls the voltage. And a pulse width of the laser beam is controlled by changing a voltage applied to the electro-optic element over time by the voltage control device.

また、前記電圧制御装置は、前記電気光学素子に印加する電圧の変化率を段階的に変化させるものである。   Further, the voltage control device changes the rate of change of the voltage applied to the electro-optic element in a stepwise manner.

さらに、前記電気光学素子はポッケルスセルであり、さらにλ/4波長板を備えたものである。   Further, the electro-optical element is a Pockels cell and further includes a λ / 4 wavelength plate.

そして、本発明によるパルスレーザ発振制御方法は、印加された電圧に応じて光を偏光する電気光学素子に印加する電圧を変化させることにより、レーザ光の発振を制御するレーザ発振制御方法において、前記電気光学素子に印加する電圧を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を制御するものである。   The pulse laser oscillation control method according to the present invention includes a laser oscillation control method for controlling laser light oscillation by changing a voltage applied to an electro-optic element that polarizes light according to an applied voltage. The voltage applied to the electro-optic element is changed over time to control the pulse width of the laser light.

また、前記電気光学素子に印加する電圧の変化率を段階的に変化させるものである。   The rate of change of the voltage applied to the electro-optic element is changed stepwise.

請求項1に係るパルスレーザ発振器によれば、前記電圧印加回路が前記電気光学素子に印加する電圧を経時的に前記制御回路によって変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することができる。したがって、前記制御回路によって電気光学素子に印加する電圧を変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。
また、レーザ光を分光するビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを使用せずにパルス幅を伸長させることができるため、パルスレーザ発振器をコンパクトに形成することができる。
さらに、パルスレーザ発振器を使用する際に、上記ビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを調整する必要がないため、パルスレーザ発振器を使用するための作業が容易になる。
According to the pulse laser oscillator of the first aspect, the voltage applied by the voltage application circuit to the electro-optic element can be changed over time by the control circuit to control the pulse width of the laser light. Therefore, by changing the voltage applied to the electro-optic element by the control circuit, the pulse width of the output pulse laser can be extended and the peak energy of the pulse laser can be reduced.
Further, since the pulse width can be extended without using a beam splitter that splits the laser light or a mirror for the delay optical system, the pulse laser oscillator can be formed in a compact manner.
Further, when the pulse laser oscillator is used, it is not necessary to adjust the beam splitter and the mirror for the delay optical system, so that the work for using the pulse laser oscillator becomes easy.

また、請求項2に係るパルスレーザ発振器によれば、前記制御回路によって前記電圧印加回路が前記電気光学素子に印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。   According to the pulse laser oscillator of claim 2, the pulse of the pulse laser output by the voltage application circuit changing the voltage change rate applied to the electro-optic element stepwise by the control circuit. The width can be extended and the peak energy of the pulse laser can be reduced.

さらに、請求項3に係るパルスレーザ発振器によれば、λ/4波長板とポッケルスセルによって光を偏光させることができる。したがって、電圧の印加によりλ/4波長板として作用するポッケルスセルを使用することができる。   Furthermore, according to the pulse laser oscillator of the third aspect, light can be polarized by the λ / 4 wavelength plate and the Pockels cell. Therefore, a Pockels cell that acts as a λ / 4 wavelength plate by applying a voltage can be used.

そして、請求項4に係るパルスレーザ発振制御方法によれば、前記電気光学素子に印加する電圧を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することができる。したがって、電気光学素子に印加する電圧を変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを制御することができる。
また、このパルスレーザ発振制御方法を使用したパルスレーザ発振器は、レーザ光を分光するビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを使用せずにパルス幅を伸長させることができるため、コンパクトに形成することができる。
さらに、上記パルスレーザ発振器は、上記ビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを調整する必要がないため、使用の際の作業が容易になる。
According to the pulse laser oscillation control method of the fourth aspect, it is possible to control the pulse width of the laser light by changing the voltage applied to the electro-optic element over time. Therefore, by changing the voltage applied to the electro-optic element, the pulse width of the output pulse laser can be extended and the peak energy of the pulse laser can be controlled.
In addition, a pulse laser oscillator using this pulse laser oscillation control method can be formed compactly because the pulse width can be extended without using a beam splitter that splits the laser beam or a mirror for a delay optical system. can do.
Furthermore, since the pulse laser oscillator does not require adjustment of the beam splitter or the mirror for the delay optical system, the operation at the time of use becomes easy.

また、請求項5に係るパルスレーザ発振制御方法によれば、前記電気光学素子に印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを制御することができる。   According to the pulse laser oscillation control method according to claim 5, the pulse width of the output pulse laser is extended by changing the change rate of the voltage applied to the electro-optic element stepwise, and the pulse laser The peak energy can be controlled.

本発明によるパルスレーザ発振器の実施形態における電圧非印加状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the voltage non-application state in embodiment of the pulse laser oscillator by this invention. 前記パルスレーザ発振器の電圧印加状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the voltage application state of the said pulse laser oscillator. 前記パルスレーザ発振器に備えられたポッケルスセルに印加する電圧の変化と、出力されるパルスレーザの出力エネルギーの関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the change of the voltage applied to the Pockels cell with which the said pulse laser oscillator was equipped, and the output energy of the pulse laser output. 図3に記載の関係の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the relationship as described in FIG. 図3及び図4に記載の関係のさらに他の例を示すグラフである。5 is a graph showing still another example of the relationship described in FIGS. 3 and 4.

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明によるパルスレーザ発振器の実施形態を示す図である。このパルスレーザ発振器は、Q値(後述する光共振器3内に蓄えられたエネルギー/光共振器3の外部に失われるエネルギー)を切り替えることによりジャイアントパルスを発生させるQスイッチ法によりジャイアントパルスを発生させるYAGレーザであって、YAGロッド1と、フラッシュランプ2と、光共振器3と、ポラライザー4と、λ/4波長板5と、ポッケルスセル6と、電圧制御装置7と、を備える。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a pulse laser oscillator according to the present invention. This pulse laser oscillator generates a giant pulse by a Q-switch method that generates a giant pulse by switching the Q value (energy stored in the optical resonator 3 described later / energy lost outside the optical resonator 3). A YAG laser that includes a YAG rod 1, a flash lamp 2, an optical resonator 3, a polarizer 4, a λ / 4 wavelength plate 5, a Pockels cell 6, and a voltage controller 7.

前記YAGロッド1は、後述するフラッシュランプ2から光を照射されることにより光を放出し、放出した光を誘導放出により増幅させるものであって、図1に示すように、光軸Lに沿って光を放出する固体のレーザ媒質である。このYAGロッド1のかわりに、Nd:YAGロッドやEr:YAGロッドなどの他のレーザ媒質を使用してもよい。   The YAG rod 1 emits light when irradiated with light from a flash lamp 2 to be described later, and amplifies the emitted light by stimulated emission. As shown in FIG. It is a solid laser medium that emits light. Instead of the YAG rod 1, other laser media such as an Nd: YAG rod or an Er: YAG rod may be used.

YAGロッド1の側面(図1におけるYAGロッド1の上側)にはフラッシュランプ2が設けられている。このフラッシュランプ2は、前記YAGロッド1に光を照射して、YAGロッド1からの光の放出を開始させるものであり、例えばキセノンフラッシュランプやレーザダイオードが使用される。   A flash lamp 2 is provided on a side surface of the YAG rod 1 (upper side of the YAG rod 1 in FIG. 1). The flash lamp 2 irradiates the YAG rod 1 with light and starts emission of light from the YAG rod 1, and a xenon flash lamp or a laser diode is used, for example.

図1における前記YAGロッド1の左右の両側方には、フロントミラー3a及びリアミラー3bが設けられている。このフロントミラー3a及びリアミラー3bは、YAGロッド1から放出された光を2枚のミラー間で往復させるものであり、フロントミラー3aとリアミラー3bとによって、YAGロッド1内で誘導放出を生じさせてコヒーレントな光を増幅させる光共振器3を構成している。   A front mirror 3a and a rear mirror 3b are provided on the left and right sides of the YAG rod 1 in FIG. The front mirror 3a and the rear mirror 3b reciprocate the light emitted from the YAG rod 1 between the two mirrors. The front mirror 3a and the rear mirror 3b cause stimulated emission in the YAG rod 1. An optical resonator 3 for amplifying coherent light is configured.

前記フロントミラー3aは、入射光の一部を透過させる部分透過ミラーであって、YAGロッド1から放出される光の光軸L上のレーザ光が放出される側に設置される。Qスイッチ法により瞬間的に増幅されたレーザ光の一部が、このフロントミラー3aを通じて光共振器3内から取り出される。   The front mirror 3a is a partial transmission mirror that transmits a part of incident light, and is installed on the side from which the laser light on the optical axis L of the light emitted from the YAG rod 1 is emitted. A part of the laser light instantaneously amplified by the Q switch method is taken out from the optical resonator 3 through the front mirror 3a.

また、前記リアミラー3bは、YAGロッド1を挟んで前記フロントミラー3aと反対側の光軸L上に設けられた全反射ミラーであり、フロントミラー3aとの間で光軸L上の光を往復させる。   The rear mirror 3b is a total reflection mirror provided on the optical axis L opposite to the front mirror 3a with the YAG rod 1 in between, and reciprocates light on the optical axis L with the front mirror 3a. Let

前記リアミラー3bと前記YAGロッド1との間の光軸L上には、ポラライザー4が設けられている。このポラライザー4は、入射光のうち、入射面に対して垂直な偏光成分であるs偏光を反射することにより、入射面に対して平行な偏光成分であるp偏光だけを透過させるものであって、前記Qスイッチ法におけるシャッターの役割を果たす偏光子である。ポラライザー4の材質は、ガラスやプラスチックであり、入射光の入射角θが、p偏光の反射率が0になるブリュースター角となるように光軸Lに対して傾いて設置されている。このポラライザー4は、複数設けられてもよい。また、ポラライザー4は、s偏光又はp偏光のいずれか一方のみを透過させるものであればよく、上記のものの他にも、例えば偏光プリズムや偏光フィルタ等の偏光子を使用してもよい。
なお、以下の説明で使用するs偏光及びp偏光という語は、このポラライザー4に対するs偏光及びp偏光を指すものとする。
On the optical axis L between the rear mirror 3b and the YAG rod 1, a polarizer 4 is provided. The polarizer 4 reflects only s-polarized light, which is a polarized light component perpendicular to the incident surface, in the incident light, and transmits only p-polarized light, which is a polarized light component parallel to the incident surface. The polarizer plays the role of a shutter in the Q-switch method. The material of the polarizer 4 is glass or plastic, and the polarizer 4 is inclined with respect to the optical axis L so that the incident angle θ of incident light becomes a Brewster angle at which the reflectance of p-polarized light becomes zero. A plurality of polarizers 4 may be provided. The polarizer 4 only needs to transmit either s-polarized light or p-polarized light. In addition to the above, a polarizer such as a polarizing prism or a polarizing filter may be used.
The terms s-polarized light and p-polarized light used in the following description refer to s-polarized light and p-polarized light for the polarizer 4.

前記ポラライザー4と前記リアミラー3bとの間には、λ/4波長板5が設けられている。このλ/4波長板5は、入射光の偏光成分に90°(π/2)の位相差を生じさせることにより、直線偏光(上記s偏光又はp偏光)を円偏光に、円偏光を直線偏光に変換するものであって、図1に示すように、ポラライザー4の左側の光軸L上に設けられている。YAGロッド1から放出され、ポラライザー4を透過したp偏光は、このλ/4波長板5により円偏光に変換される。   A λ / 4 wavelength plate 5 is provided between the polarizer 4 and the rear mirror 3b. The λ / 4 wave plate 5 generates a phase difference of 90 ° (π / 2) in the polarization component of incident light, thereby converting linearly polarized light (s-polarized light or p-polarized light) into circularly polarized light and circularly polarized light into linearly polarized light. The light is converted into polarized light, and is provided on the optical axis L on the left side of the polarizer 4 as shown in FIG. The p-polarized light emitted from the YAG rod 1 and transmitted through the polarizer 4 is converted into circularly polarized light by the λ / 4 wavelength plate 5.

前記λ/4波長板5と前記リアミラー3bとの間には、ポッケルスセル6が設けられている。このポッケルスセル6は、印加された電圧に応じて光を偏光する電気光学素子であって、図1に示すように、λ/4波長板5の左側の光軸L上に設けられている。ポッケルスセル6は、電圧を印加されていない状態では光を偏光しないが、電圧を印加されると光を偏光し、その偏光の度合いは印加電圧に依存する。   A Pockels cell 6 is provided between the λ / 4 wavelength plate 5 and the rear mirror 3b. The Pockels cell 6 is an electro-optical element that polarizes light according to an applied voltage, and is provided on the optical axis L on the left side of the λ / 4 wavelength plate 5 as shown in FIG. The Pockels cell 6 does not polarize light when no voltage is applied, but polarizes light when a voltage is applied, and the degree of polarization depends on the applied voltage.

前記ポッケルスセル6には、電圧制御装置7が電気的に接続されている。電圧制御装置7は、ポッケルスセル6に電圧を印加するとともに印加する電圧を制御するものであって、電圧印加回路7aと、制御回路7bとからなる。   A voltage control device 7 is electrically connected to the Pockels cell 6. The voltage control device 7 applies a voltage to the Pockels cell 6 and controls the voltage to be applied, and includes a voltage application circuit 7a and a control circuit 7b.

電圧印加回路7aは、ポッケルスセル6に電圧を印加するものであって、ポッケルスセル6に電気的に接続されている。この電圧印加回路7aには、電圧印加回路7aによるポッケルスセル6への電圧の印加を制御することで、ポッケルスセル6に入射した光の偏光の度合いを変化させ、レーザ光の発振を制御する制御回路7bが接続されている。   The voltage application circuit 7 a applies a voltage to the Pockels cell 6 and is electrically connected to the Pockels cell 6. This voltage application circuit 7a controls the application of voltage to the Pockels cell 6 by the voltage application circuit 7a, thereby changing the degree of polarization of the light incident on the Pockels cell 6 and controlling the oscillation of the laser light. A circuit 7b is connected.

次に、このように構成されたパルスレーザ発振器の動作及びパルスレーザ発振制御方法について、図1〜図5を参照して説明する。
このパルスレーザ発振器によりパルスレーザを発振する際、まず、前記制御回路7bは、電圧印加回路7aに信号を送り、ポッケルスセル6への印加電圧が0Vとなるように制御する。この状態で、前記フラッシュランプ2が発光し、YAGロッド1に光を照射すると、YAGロッド1内の一部の原子が励起状態となり、YAGロッド1から光軸Lに沿って光が放出される。YAGロッド1からポラライザー4の方向(矢印Aの方向)に放出された光は、図1に示すように、ブリュースター角となる入射角θで前記ポラライザー4に入射する。入射した光のうち、p偏光はポラライザー4を透過し、s偏光及び円(又は楕円)偏光はポラライザー4により反射されて光軸Lの外方へ進む。
Next, the operation of the thus configured pulse laser oscillator and the pulse laser oscillation control method will be described with reference to FIGS.
When the pulse laser is oscillated by the pulse laser oscillator, first, the control circuit 7b sends a signal to the voltage application circuit 7a to control the applied voltage to the Pockels cell 6 to be 0V. In this state, when the flash lamp 2 emits light and irradiates the YAG rod 1 with light, some atoms in the YAG rod 1 are excited, and light is emitted from the YAG rod 1 along the optical axis L. . As shown in FIG. 1, the light emitted from the YAG rod 1 in the direction of the polarizer 4 (the direction of the arrow A) enters the polarizer 4 at an incident angle θ that is a Brewster angle. Of the incident light, p-polarized light is transmitted through the polarizer 4, and s-polarized light and circular (or elliptical) polarized light are reflected by the polarizer 4 and travel outward of the optical axis L.

ポラライザー4を透過した前記p偏光は、前記λ/4波長板5に入射して90°(π/2)の位相差を生じ、円偏光に変換され、ポッケルスセル6に入射する。ここで、ポッケルスセル6には電圧が印加されていないため、入射光を偏光せずに透過させる。したがって、ポッケルスセル6に入射した上記円偏光は、図1に示すように、円偏光のままポッケルスセル6を透過し、リアミラー3bに反射され、再度ポッケルスセル6を透過し、λ/4波長板5に入射する。   The p-polarized light transmitted through the polarizer 4 is incident on the λ / 4 wavelength plate 5 to generate a phase difference of 90 ° (π / 2), is converted into circularly polarized light, and is incident on the Pockels cell 6. Here, since no voltage is applied to the Pockels cell 6, the incident light is transmitted without being polarized. Therefore, the circularly polarized light incident on the Pockels cell 6 passes through the Pockels cell 6 as circularly polarized light, is reflected by the rear mirror 3b, and is transmitted through the Pockels cell 6 again, as shown in FIG. 5 is incident.

円偏光がλ/4波長板5に入射すると、さらに90°(π/2)の位相差を生じ、s偏光(すなわち、YAGロッド1から放出され、ポラライザー4を透過したp偏光とは、位相が180°(π)ずれた状態)に変換され、ポラライザー4にブリュースター角となる入射角θで入射する。ポラライザー4は上述の通り、s偏光を反射する機能を備えるため、入射した前記s偏光はポラライザー4に反射されて光軸Lの外方へ進む。   When the circularly polarized light is incident on the λ / 4 wave plate 5, a phase difference of 90 ° (π / 2) is further generated, and s-polarized light (that is, p-polarized light emitted from the YAG rod 1 and transmitted through the polarizer 4 is the phase Is shifted by 180 ° (π)) and enters the polarizer 4 at an incident angle θ that is a Brewster angle. Since the polarizer 4 has a function of reflecting s-polarized light as described above, the incident s-polarized light is reflected by the polarizer 4 and travels outward of the optical axis L.

このように、ポッケルスセル6に電圧を印加しない状態においては、YAGロッド1から放出された光はポラライザー4により反射されてしまい、再びYAGロッド1に入射しないため、光共振器3内での共振が発生せず、パルスレーザの発振が抑制される。   Thus, in a state where no voltage is applied to the Pockels cell 6, the light emitted from the YAG rod 1 is reflected by the polarizer 4 and does not enter the YAG rod 1 again. Does not occur, and the oscillation of the pulse laser is suppressed.

次に、前記YAGロッド1内の励起された原子の数が、パルスレーザとして出力したいエネルギーに必要な量となる(反転分布が十分大きくなる)まで上記の電圧非印加状態を維持した後、前記制御回路7bによって電圧印加回路7aがポッケルスセル6に印加する電圧を変化させる。電圧印加回路7aによってポッケルスセル6に所定の電圧が印加されると、ポッケルスセル6はλ/4波長板5として機能する。   Next, after maintaining the above voltage non-applied state until the number of excited atoms in the YAG rod 1 becomes an amount necessary for energy to be output as a pulse laser (the inversion distribution becomes sufficiently large), The voltage applied to the Pockels cell 6 by the voltage application circuit 7a is changed by the control circuit 7b. When a predetermined voltage is applied to the Pockels cell 6 by the voltage application circuit 7 a, the Pockels cell 6 functions as the λ / 4 wavelength plate 5.

ポッケルスセル6に電圧が印加された状態において、YAGロッド1から矢印Aの方向に放出された光は、図2に示すように、上記電圧非印加状態と同様、ポラライザー4によりp偏光に変換され、λ/4波長板5により円偏光に変換され、ポッケルスセル6に入射する。ポッケルスセル6に入射した光は、上記の通りポッケルスセル6がλ/4波長板5として機能しているため、90°(π/2)の位相差を生じ、s偏光(すなわち、YAGロッド1から放出され、ポラライザー4を透過したp偏光とは、位相が180°(π)ずれた状態)に変換される。   In the state where the voltage is applied to the Pockels cell 6, the light emitted from the YAG rod 1 in the direction of the arrow A is converted into p-polarized light by the polarizer 4 as in the above-mentioned voltage non-application state, as shown in FIG. , Converted into circularly polarized light by the λ / 4 wavelength plate 5 and incident on the Pockels cell 6. Since the Pockels cell 6 functions as the λ / 4 wavelength plate 5 as described above, the light incident on the Pockels cell 6 generates a phase difference of 90 ° (π / 2) and is s-polarized (that is, the YAG rod 1 And the p-polarized light that has been transmitted through the polarizer 4 is converted into a phase shifted by 180 ° (π).

このs偏光はリアミラー3bにより反射され、再度ポッケルスセル6に入射し、さらに90°の位相差を生じ、円偏光(すなわち、YAGロッド1から放出され、ポラライザー4を透過したp偏光とは、位相が270°(3π/2)ずれた状態)に変換される。この円偏光は、λ/4波長板5に入射し、さらに90°の位相差を生じ、p偏光(すなわち、YAGロッド1から放出され、ポラライザー4を透過したp偏光とは、位相が360°(2π)ずれた状態)に変換される。   This s-polarized light is reflected by the rear mirror 3b, is incident on the Pockels cell 6 again, and further causes a phase difference of 90 °. Is shifted to 270 ° (3π / 2). This circularly polarized light is incident on the λ / 4 wave plate 5, further generates a phase difference of 90 °, and has a phase difference of 360 ° with p-polarized light (that is, p-polarized light emitted from the YAG rod 1 and transmitted through the polarizer 4). (2π) shifted state).

このp偏光は、ポラライザー4にブリュースター角となる入射角θで入射し、ポラライザー4を透過する。ポラライザー4を透過した光は、図2におけるYAGロッド1の左側から入射し、YAGロッド1内で誘導放出を生じさせ、図2におけるYAGロッド1の右側から放出され、フロントミラー3aに反射され、YAGロッド1を図2における右側から左側に通過する。以下、同様の手順で光共振器3内を光が往復し、誘導放出により増幅されたコヒーレントな光の一部がフロントミラー3aから矢印Bの方向にレーザとして出力される。   The p-polarized light is incident on the polarizer 4 at an incident angle θ that is a Brewster angle, and is transmitted through the polarizer 4. The light transmitted through the polarizer 4 is incident from the left side of the YAG rod 1 in FIG. 2, causes stimulated emission in the YAG rod 1, is emitted from the right side of the YAG rod 1 in FIG. 2, is reflected by the front mirror 3a, The YAG rod 1 passes from the right side to the left side in FIG. Thereafter, the light reciprocates in the optical resonator 3 in the same procedure, and a part of the coherent light amplified by stimulated emission is output as a laser in the direction of arrow B from the front mirror 3a.

図3は、前記ポッケルスセル6に印加する電圧の変化と、出力されるパルスレーザの出力エネルギーの関係の一例を示すグラフである。本発明によるパルスレーザ発振器の実施形態において、前記制御回路7bによって、前記電圧印加回路7aがポッケルスセル6に印加する電圧を、約0Vから約−4000Vまで約100nsで変化させると、パルスレーザのピークエネルギーが約13.0mJ、パルス幅が約10nsとなっている。   FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the change in the voltage applied to the Pockels cell 6 and the output energy of the output pulse laser. In the embodiment of the pulse laser oscillator according to the present invention, when the voltage applied to the Pockels cell 6 by the control circuit 7b is changed from about 0 V to about −4000 V in about 100 ns, the peak of the pulse laser is obtained. The energy is about 13.0 mJ and the pulse width is about 10 ns.

また、図4は、前記ポッケルスセル6に印加する電圧の変化と、出力されるパルスレーザの出力エネルギーの関係の他の例を示すグラフである。本実施例においては、前記制御回路7bによって、前記電圧印加回路7aがポッケルスセル6に印加する電圧を、約0Vから約−3000Vまで約800nsで上記図3に示す実施例より緩やかに変化させており、パルスレーザのピークエネルギーが約0.6mJ、パルス幅が約70nsとなっている。このように、電圧印加回路7aにより印加する電圧の変化率を、制御回路7bによって小さくすることにより、パルスレーザのパルス幅を伸長させ、ピークエネルギーを低下させることができる。   FIG. 4 is a graph showing another example of the relationship between the change in the voltage applied to the Pockels cell 6 and the output energy of the output pulse laser. In this embodiment, the voltage applied to the Pockels cell 6 by the control circuit 7b is gradually changed from about 0V to about −3000V by about 800 ns from the embodiment shown in FIG. 3 by the control circuit 7b. The peak energy of the pulse laser is about 0.6 mJ, and the pulse width is about 70 ns. Thus, by reducing the rate of change of the voltage applied by the voltage application circuit 7a by the control circuit 7b, the pulse width of the pulse laser can be extended and the peak energy can be reduced.

さらに、図5は、前記ポッケルスセル6に印加する電圧の変化と、出力されるパルスレーザの出力エネルギーの関係のさらに他の例を示すグラフである。本実施例においては、前記制御回路7bによって、前記電圧印加回路7aがポッケルスセル6に印加する電圧を、約0Vから約−1500Vまで約300nsで変化させた後、約−1500Vから約−4500Vまでさらに600nsで変化させている。   FIG. 5 is a graph showing still another example of the relationship between the change in the voltage applied to the Pockels cell 6 and the output energy of the output pulse laser. In this embodiment, the control circuit 7b changes the voltage applied to the Pockels cell 6 by the control circuit 7b from about 0V to about -1500V in about 300ns, and then from about -1500V to about -4500V. Further, it is changed at 600 ns.

図5に示すように、約0Vから約−1500Vまでの電圧の変化と、約−1500Vから約−4500Vまでの電圧の変化との間では、電圧の変化率が1回変化している。すなわち、図5における約−1500V前後での電圧のグラフの勾配が変化している。このように、電圧の変化率を段階的に変化させると、制御回路7bによって電圧の変化率を変化させる点(以下「制御点」という。)Cの後にもピークを生じさせることができる。本実施例においては、パルスレーザの第1のピークエネルギーが約0.5〜0.6mJ、第2のピークエネルギーも同様に約0.5〜0.6mJ、パルス幅が約150nsとなっている。このように、制御回路7bによって電圧印加回路7aがポッケルスセル6に印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザのパルス幅を伸長させ、パルスレーザのピークエネルギーを低下させることができる。   As shown in FIG. 5, the voltage change rate changes once between a change in voltage from about 0 V to about -1500 V and a change in voltage from about -1500 V to about -4500 V. That is, the slope of the voltage graph at about −1500 V in FIG. 5 changes. As described above, when the voltage change rate is changed stepwise, a peak can be generated after the point C (hereinafter referred to as “control point”) C where the voltage change rate is changed by the control circuit 7b. In the present embodiment, the first peak energy of the pulse laser is about 0.5 to 0.6 mJ, the second peak energy is also about 0.5 to 0.6 mJ, and the pulse width is about 150 ns. . In this way, the control circuit 7b gradually changes the rate of change of the voltage applied to the Pockels cell 6 by the voltage application circuit 7a, thereby extending the pulse width of the output pulse laser and increasing the peak energy of the pulse laser. Can be reduced.

なお、電圧印加回路7aにより印加する電圧の変化率及び制御点Cの数は、必要なパルス幅及び出力エネルギーに応じて定めればよい。また、λ/4波長板5を使用せず、ポッケルスセル6にかえて、電圧の印加に応じてλ/2波長板として機能する電気光学素子を使用することとしてもよい。   The rate of change of the voltage applied by the voltage application circuit 7a and the number of control points C may be determined according to the required pulse width and output energy. Further, instead of using the λ / 4 wavelength plate 5, instead of the Pockels cell 6, an electro-optical element that functions as a λ / 2 wavelength plate according to the application of a voltage may be used.

1…YAGロッド
2…フラッシュランプ
3…光共振器
3a…フロントミラー
3b…リアミラー
4…ポラライザー
5…λ/4波長板
6…ポッケルスセル
7…電圧制御装置
7a…電圧印加回路
7b…制御回路
B…レーザの出力方向を示す矢印
C…制御点
L…光軸
θ…入射角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... YAG rod 2 ... Flash lamp 3 ... Optical resonator 3a ... Front mirror 3b ... Rear mirror 4 ... Polarizer 5 ... λ / 4 wavelength plate 6 ... Pockels cell 7 ... Voltage control device 7a ... Voltage application circuit 7b ... Control circuit B ... Arrow C indicating laser output direction ... Control point L ... Optical axis θ ... Incident angle

Claims (5)

印加された電圧に応じて光を偏光する電気光学素子と、前記電気光学素子に電圧を印加するとともに電圧を制御する電圧制御装置とを備えたパルスレーザ発振器であって、
前記電圧制御装置によって前記電気光学素子に印加する電圧を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することを特徴とするパルスレーザ発振器。
A pulse laser oscillator comprising: an electro-optic element that polarizes light according to an applied voltage; and a voltage control device that applies a voltage to the electro-optic element and controls the voltage.
A pulse laser oscillator, wherein a voltage applied to the electro-optic element is changed with time by the voltage control device to control a pulse width of laser light.
前記電圧制御装置は、前記電気光学素子に印加する電圧の変化率を段階的に変化させることを特徴とする請求項1に記載のパルスレーザ発振器。   The pulse laser oscillator according to claim 1, wherein the voltage control device changes a change rate of a voltage applied to the electro-optic element in a stepwise manner. 前記電気光学素子はポッケルスセルであり、さらにλ/4波長板を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のパルスレーザ発振器。   The pulse laser oscillator according to claim 1, wherein the electro-optical element is a Pockels cell and further includes a λ / 4 wavelength plate. 印加された電圧に応じて光を偏光する電気光学素子に印加する電圧を変化させることにより、レーザ光の発振を制御するレーザ発振制御方法において、
前記電気光学素子に印加する電圧を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することを特徴とするパルスレーザ発振制御方法。
In a laser oscillation control method for controlling oscillation of laser light by changing a voltage applied to an electro-optical element that polarizes light according to an applied voltage,
A pulse laser oscillation control method, wherein a voltage applied to the electro-optic element is changed with time to control a pulse width of laser light.
前記電気光学素子に印加する電圧の変化率を段階的に変化させることを特徴とする請求項4に記載のパルスレーザ発振制御方法。   5. The pulse laser oscillation control method according to claim 4, wherein a change rate of a voltage applied to the electro-optic element is changed stepwise.
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