JP2014078636A - パルス光発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一回の共振につき複数の超短パルス光を出力することができ、且つ、複数の超短パルス光のパルス数やパルス列の長さを任意に且つ精度良く制御できるパルス光発生装置を提供する。
【解決手段】パルス光発生装置１０は、パルス光Ｐ１を共振させる光共振器と、パルス光Ｐ１を増幅するゲイン媒質２１と、ゲイン媒質２１に励起エネルギを供給するエネルギ供給部１４と、パルス光Ｐ１の元となるパルス状の種光Ｐ２を周期的に光共振器へ提供する種光源１２と、電気光学効果によってパルス光Ｐ１の偏光状態を制御する電気光学素子２３と、パルス光Ｐ１をその偏光状態に応じて選択的に反射または透過する偏光ビームスプリッタ２５と、電気光学素子２３にパルス状の駆動電圧Ｖｄを印加する電圧供給部１５とを備える。電圧供給部１５は、階段状の電圧波形を有する駆動電圧Ｖｄを電気光学素子２３に印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス光発生装置に関するものである。

特許文献１には、超短パルスレーザ装置が記載されている。この超短パルスレーザ装置は、光共振器内にトリガ光を入射し、この光共振器内でモード同期した光を偏光ビームスプリッタを通して超短パルスレーザとして出力する。また、光共振器内に配置されたポッケルスセルに対する印加電圧の印加時間、立上がり時間、及び立ち下がり時間をポッケルスセルドライバにより可変制御することにより、光共振器内でモード同期した光の偏光状態を制御する。

特開平８−２５５９４１号公報

例えばピコ秒からフェムト秒程度のパルス幅を有する超短パルス光を発生するパルス光発生装置として、再生増幅器がある。再生増幅器は、ゲイン媒質を光路上に含む光共振器の内部に超短パルス光を閉じ込め、一定時間後に、ゲイン媒質により増幅された超短パルス光を光共振器から取り出すものである。

このような再生増幅器では、光共振器の内部に超短パルス光をタイミング良く閉じ込め、取り出すための仕組みが必要となる。この仕組みのために用いられるのが、結晶の電気光学効果によって超短パルス光の偏光状態を変化させる、ポッケルスセル等の電気光学素子である。このような電気光学素子と偏光ビームスプリッタとを光共振器内の光路上に配置し、種光（シードレーザ）の入力タイミングに同期して電圧を印加すると、光共振器内に導入された種光の偏光が回転し、光共振器の内部に閉じ込められる。また、一定時間後に再び電圧を印加すると、ゲイン媒質により増幅された超短パルス光の偏光が回転し、偏光ビームスプリッタを介して取り出される。

通常、このような再生増幅器を備えるパルス光発生装置から出力される超短パルス光は、一回の共振につき１パルスのみである。しかしながら、一回の共振につき複数の超短パルス光を出力することが望まれる場合がある。

例えば、超短パルス光を用いて多層膜を除去する際、１パルスのみでは複数層にわたって膜材料を完全に除去することが難しい場合がある。このような場合、複数の超短パルス光を多層膜に照射することにより、複数層にわたる膜材料を好適に除去することができる。そして、除去すべき多層膜が広範囲に存在し、多層膜を含む加工材料を可動ステージ上に載せた状態で多層膜の除去を行う際に、パルス光発生装置から出力される超短パルス光が一回の共振につき１パルスのみであると、複数の超短パルス光を同一箇所に照射するために、照射毎に可動ステージを停止させる必要があり、加工時間が長くなってしまう。一回の共振につき複数の超短パルス光を出力することができれば、このように照射毎に可動ステージを停止させる必要がなくなり、加工時間を短縮することができる。

また、上記のように一回の共振につき複数の超短パルス光を出力する場合、複数の超短パルス光のパルス数やパルス列の長さを、任意に且つ精度良く制御できることが望まれる。例えば上記の例では、多層膜を構成する各膜の厚さや膜材料によって、好適なパルス数やパルス列の長さが異なるからである。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、一回の共振につき複数の超短パルス光を出力することができ、且つ、複数の超短パルス光のパルス数やパルス列の長さを任意に且つ精度良く制御できるパルス光発生装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明によるパルス光発生装置は、パルス光を共振させる光共振器と、光共振器の共振光路上に配置されパルス光を増幅するゲイン媒質と、ゲイン媒質に励起エネルギを供給するエネルギ供給部と、パルス光の元となるパルス状の種光を周期的に光共振器へ提供する種光源と、共振光路上に設けられ、電気光学効果によってパルス光の偏光状態を制御する電気光学素子と、共振光路上に設けられ、パルス光をその偏光状態に応じて選択的に反射または透過する偏光ビームスプリッタと、電気光学素子にパルス状の駆動電圧を印加する電圧供給部とを備え、電圧供給部が、階段状の電圧波形を有する駆動電圧を電気光学素子に印加することにより、一回の共振につき複数のパルス光が光共振器から偏光ビームスプリッタを介して取り出されることを特徴とする。

このパルス光発生装置では、種光源からパルス状の種光が出力されると、この種光を光共振器内に取り込むべきタイミングで、電気光学素子に駆動電圧が印加される。これにより、種光が光共振器内に取り込まれる。種光は共振しながらゲイン媒質のエネルギを吸収し、徐々に増幅してピークパワーが高められたパルス光となる。パルス光が十分に増幅された一定期間の後、偏光ビームスプリッタを介してパルス光が光共振器から取り出される。なお、駆動電圧が電気光学素子に印加されていないときは、エネルギ供給部からの励起光によってレーザ媒質にエネルギが蓄積される。

そして、このパルス光発生装置では、電圧供給部が、階段状の電圧波形を有する駆動電圧を電気光学素子に印加する。これにより、一回の共振動作（すなわち一回の種光入力）につき複数のパルス光が光共振器から偏光ビームスプリッタを介して取り出される。その動作の一例を説明する。まず、電圧供給部から電気光学素子に駆動電圧が印加されていないとき、光共振器のＱ値が低いので共振は生じない。次に、階段状の駆動電圧の一段目（電圧Ｖ１とする）が電気光学素子に印加されると、光共振器のＱ値が瞬時に高まり、種光が光共振器内に閉じ込められて徐々に増幅される。続いて、ゲイン媒質に蓄積されたエネルギを使い切る前に、二段目の駆動電圧（電圧Ｖ２＜Ｖ１）が印加される。このとき、二段目の電圧Ｖ２によって或る程度の光量のパルス光が偏光ビームスプリッタを介して取り出される一方、共振動作が継続してパルス光の増幅が続くこととなる。以降、この二段目の電圧Ｖ２が継続するか、或いは異なる大きさの階段状の駆動電圧が更に印加されることにより、このようなパルス光の取り出しと共振動作の継続とが連続して行われる。また、取り出されるパルス光のパルス数やパルス列の長さは、階段状の駆動電圧の段数、各段の電圧、および各段の時間幅によって、任意に、且つ極めて精度良く制御可能である。

このように、上記のパルス光発生装置によれば、一回の共振につき複数の超短パルス光を出力することができ、且つ、複数の超短パルス光のパルス数やパルス列の長さを任意に且つ精度良く制御することができる。

なお、前述した特許文献１に記載された超短パルスレーザ装置では、ポッケルスセルへの駆動電圧の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を制御しており、その結果、台形状の駆動電圧をポッケルスセルに印加している。この場合、駆動電圧の立ち上がり及び立ち下がりにおいて電圧値が徐々に変化するので、共振中のパルス光がポッケルスセルを通過するタイミングが僅かでもずれると、その瞬間における駆動電圧の電圧値が所定の大きさからずれてしまい、所望の光強度のパルス光を出力させることができない。これに対し、上記のパルス光発生装置では、駆動電圧が階段状の電圧波形を有するので、或る段の時間内であれば電圧値はほぼ一定である。したがって、共振中のパルス光が電気光学素子を通過するタイミングが多少ずれた場合であっても、その瞬間の駆動電圧の電圧値は所定の大きさに維持される。このように、上記のパルス光発生装置によれば、パルス光が電気光学素子を通過するタイミングに対する許容幅が大きいので、特許文献１に記載された装置と比較してパルス光の光強度をより高い精度で制御することができる。

また、パルス光発生装置は、電圧供給部において、階段状の電圧波形の段数、各段の電圧、および各段の時間幅のうち少なくとも一つが可変であることにより、一回の共振動作毎に光共振器から取り出される複数のパルス光のパルス数および複数のパルス光からなるパルス列の長さのうち少なくとも一方を変更可能であってもよい。

また、パルス光発生装置は、電圧波形が、第１の電圧値が印加される第１の期間と、第１の電圧値よりも低い第２の電圧値が印加される第２の期間とを含み、第２の期間の長さが可変であることにより、一回の共振動作毎に光共振器から取り出される複数のパルス光のパルス数および複数のパルス光からなるパルス列の長さを変更可能であってもよい。

また、パルス光発生装置は、一回の共振動作毎に光共振器から取り出される複数のパルス光が、互いに光強度が異なる２以上のパルス光を含んでもよい。これにより、例えば各層の厚さや膜材料が層毎に異なる多層膜を除去する際に、各層毎に適した光強度のパルス光を照射することができる。

また、パルス光発生装置は、電圧供給部が、電気光学素子に駆動電圧を出力する出力端と、第１の定電圧を供給する第１の定電位線と、出力端に一方の電流端子が接続され、第１の定電位線に他方の電流端子が接続された第１のトランジスタと、入力側コイル及び出力側コイルを有し、出力側コイルが第１のトランジスタの制御端子に接続された第１の変圧器と、第１の変圧器の入力側コイルの一端に第１の容量素子を介して接続され、第１のパルス電圧が入力される第１の入力端と、第１の定電圧より低い第２の定電圧を供給する第２の定電位線と、出力端に一方の電流端子が接続され、第２の定電位線に他方の電流端子が接続された第２のトランジスタと、入力側コイル及び出力側コイルを有し、出力側コイルが第２のトランジスタの制御端子に接続された第２の変圧器と、第２の変圧器の入力側コイルの一端に第２の容量素子を介して接続され、第２のパルス電圧が入力される第２の入力端とを備え、第１及び第２のパルス電圧によって第１及び第２のトランジスタの制御端子に入力されるパルス電圧の大きさが、第１及び第２のトランジスタそれぞれの閾値電圧以上であってもよい。これにより、前述した階段状の電圧波形を有する駆動電圧を好適に生成することができる。

本発明によるパルス光発生装置によれば、一回の共振につき複数の超短パルス光を出力することができ、且つ、複数の超短パルス光のパルス数やパルス列の長さを任意に且つ精度良く制御することができる。

本発明の一実施形態に係るパルス光発生装置の構成図である。 電圧供給部から出力される駆動電圧の波形の例を示すグラフである。 電圧供給部の構成例を概略的に示す図である。 電圧供給部の具体例を示す回路図である。 電圧供給部の動作を模式的に示す図である。 （ａ）電圧供給部の一方の入力端に入力される電圧の時間波形を示している。（ｂ）電圧供給部の他方の入力端に入力される電圧の時間波形を示している。（ｃ）電圧供給部の出力端における駆動電圧の時間波形を示している。 電圧供給部の動作を模式的に示す図である。 （ａ）電圧供給部の一方の入力端に入力される電圧の時間波形を示している。（ｂ）電圧供給部の他方の入力端に入力される電圧の時間波形を示している。（ｃ）電圧供給部の出力端における駆動電圧の時間波形を示している。 電圧供給部の動作を模式的に示す図である。 （ａ）電圧供給部の一方の入力端に入力される電圧の時間波形を示している。（ｂ）電圧供給部の他方の入力端に入力される電圧の時間波形を示している。（ｃ）電圧供給部の出力端における駆動電圧の時間波形を示している。 電圧供給部の動作を模式的に示す図である。 （ａ）電圧供給部の一方の入力端に入力される電圧の時間波形を示している。（ｂ）電圧供給部の他方の入力端に入力される電圧の時間波形を示している。（ｃ）電圧供給部の出力端における駆動電圧の時間波形を示している。 ４段の階段状波形を有する駆動電圧を電気光学素子に印加して、任意のエネルギを有する４本のパルス光を出力させる場合の駆動電圧の計算結果を示すグラフである。 ４段の階段状波形を有する駆動電圧を電気光学素子に印加して、任意のエネルギを有する４本のパルス光を出力させる場合の駆動電圧の計算結果を示すグラフである。 ４段の階段状波形を有する駆動電圧を電気光学素子に印加して、任意のエネルギを有する４本のパルス光を出力させる場合の駆動電圧の計算結果を示すグラフである。 矩形状波形を有する駆動電圧を電気光学素子に印加して、１本のパルス光を出力させる場合の計算結果を示すグラフである。 実施例として、複数本のパルス光の出力結果を示すグラフである。 実施例として、パルス光の実測結果を示すグラフである。 実施例として、パルス光の実測結果を示すグラフである。 実施例として、パルス光の実測結果を示すグラフである。 実施例として、パルス光の実測結果を示すグラフである。 実施例として、パルス光の実測結果を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるパルス光発生装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るパルス光発生装置１０の構成図である。本実施形態に係るパルス光発生装置１０は、再生増幅器としての構成を有しており、光増幅部１１、種光源（シードレーザ）１２、光取り出し部１３、エネルギ供給部１４、及び電圧供給部１５を備える。

光増幅部１１は、パルス光Ｐ１を共振させながら増幅する部分である。本実施形態の光増幅部１１は、ゲイン媒質２１、ミラー２２、電気光学素子２３、及びλ／４波長板２４を含む。ゲイン媒質２１及びミラー２２はファブリペロ型の光共振器を構成しており、この光共振器は、パルス光Ｐ１を共振させる。また、ゲイン媒質２１は、この光共振器の共振光路上に配置される部分を含み、励起光の供給を受けて、パルス光Ｐ１を増幅する。エネルギ供給部１４は、ゲイン媒質２１に励起エネルギ（例えば励起光）Ｅ１を供給する。ゲイン媒質２１としては、レーザー媒質と呼ばれるＨｅ−Ｎｅなどの気体、色素などを溶解した液体、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ等の固体を用いることができる。

電気光学素子２３は、電気光学効果によってパルス光Ｐ１の偏光状態を制御する素子であって、光共振器の共振光路上に配置される。電気光学素子２３としては、例えばポッケルスセルが好適である。電気光学素子２３の電気光学効果を発生させるためのパルス状の駆動電圧Ｖｄは、階段状の電圧波形を有しており、電圧供給部１５から印加される。駆動電圧Ｖｄは、例えば種光Ｐ２の繰り返し周波数である数十メガヘルツが分周された数キロヘルツないし数百キロヘルツの繰り返し周波数を有する、例えば電圧４ｋＶといった高電圧のパルスである。また、λ／４波長板２４は、光共振器の共振光路上に配置され、パルス光Ｐ１の偏光成分間に９０°の位相変化を与える。

種光源１２は、上述した光共振器の共振光路における光の往復時間より短いパルス幅を有するパルス状の種光Ｐ２を、周期的に光増幅部１１へ提供する。この種光Ｐ２は、パルス光Ｐ１の元となるものであり、ゲイン媒質２１において光増幅され得る波長のものである。種光源１２としては、例えばモードロックファイバレーザ光源が好適である。種光源１２から出力される種光Ｐ２のパルス幅は、例えば１００ｆｓ〜１ｎｓであることが望ましい。また、種光源１２から出力される種光Ｐ２の繰り返し周波数は、例えば１ＭＨｚ〜１ＧＨｚであることが望ましい。種光源１２から出力された種光Ｐ２は、シャッタ１６を通って光取り出し部１３に提供される。

光取り出し部１３は、一定期間に亘って光共振器内において光増幅されたパルス光Ｐ１を光共振器の外部へ取り出す。なお、本実施形態の光取り出し部１３は、光共振器の外部の種光源１２からパルス状の種光Ｐ２を共振光路内に取り込む機能も有する。本実施形態の光取り出し部１３は、偏光ビームスプリッタ２５及び２６、偏光回転子２７、並びにファラデーローテータ２８を含む。

偏光ビームスプリッタ２５は、パルス光Ｐ１及び種光Ｐ２を、それらの偏光状態に応じて選択的に反射または透過する。偏光ビームスプリッタ２５は光共振器の光路上に設けられ、偏光ビームスプリッタ２６は、種光源１２と偏光ビームスプリッタ２５との間の光路上に設けられる。偏光ビームスプリッタ２５及び２６は、光共振器内のパルス光Ｐ１をパルス光発生装置１０の外部へ反射するとともに、種光源１２から出力された種光Ｐ２を透過して光共振器内へ取り込む。偏光回転子２７は、偏光ビームスプリッタ２５と偏光ビームスプリッタ２６とを結ぶ光路上に設けられ、ファラデーローテータ２８は、該光路上において偏光ビームスプリッタ２６と偏光回転子２７との間に設けられる。

以上の構成を備えるパルス光発生装置１０の動作は、次のとおりである。まず、種光源１２からパルス状の種光Ｐ２が出力される。種光Ｐ２は、偏光ビームスプリッタ２６通過し、ファラデーローテータ２８及び偏光回転子２７を通過する際にその偏光面が回転する。その後、種光Ｐ２は偏光ビームスプリッタ２５において反射し、ゲイン媒質２１とミラー２２との間の光共振器内に取り込まれる。偏光ビームスプリッタ２５で反射した種光Ｐ２は、λ／４波長板２４及び電気光学素子２３を通過し、ミラー２２で反射したのち、再び偏光ビームスプリッタ２５へと戻る。

ここで、或る種光Ｐ２が、偏光ビームスプリッタ２５で反射し、ミラー２２によって反射したのち再び偏光ビームスプリッタ２５へと戻るまでのタイミングで、電気光学素子２３に駆動電圧が印加されると、光共振器のＱ値が瞬時に高まり、このタイミングにおける種光Ｐ２が光増幅部１１の光共振器内に取り込まれる。その後は、この種光Ｐ２を元にしたパルス光Ｐ１が、光増幅部１１の光共振器内で共振する。種光Ｐ２は共振しながらゲイン媒質２１のエネルギを吸収し、徐々に増幅してピークパワーが高められたパルス光Ｐ１となる。

そして、種光Ｐ２を取り込んでから一定時間経過した後の或るタイミングで、電気光学素子２３への印加電圧に変化が与えられる。これにより、パルス光Ｐ１の偏光が変化してパルス光Ｐ１が偏光ビームスプリッタ２５において反射し、光共振器の外部へ取り出される。このパルス光Ｐ１は、偏光ビームスプリッタ２６で再度反射し、パルス光発生装置１０の外部へ出力される。なお、駆動電圧Ｖｄが電気光学素子２３に印加されていないときは、光共振器のＱ値が低く共振状態とはならないので、種光Ｐ２は光共振器内に閉じ込められない。このとき、エネルギ供給部１４からの励起光によってゲイン媒質２１にエネルギが蓄積される。

パルス光発生装置１０は、以上のような動作によって、種光Ｐ２と同等な質であって且つエネルギの大きなパルス光Ｐ１を生成することが可能であり、光を増幅するための再生増幅機能を好適に実現することができる。

ここで、図２（ａ）〜図２（ｃ）は、電圧供給部１５から出力される駆動電圧Ｖｄの波形の例を示すグラフである。これらの図において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧値又は光強度を表している。図２（ａ）に示される駆動電圧Ｖｄは、矩形状の電圧波形を有している。また、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示される駆動電圧Ｖｄは、立ち上がり一段・立ち下がり二段の階段状の波形を有している。

図２（ａ）に示されるように駆動電圧Ｖｄの電圧波形が矩形状である場合、駆動電圧Ｖｄが電圧値Ｖ０から電圧値Ｖ１（但し、Ｖ１＞Ｖ０）に立ち上がると、光共振器のＱ値が瞬時に高まり、種光Ｐ２が光共振器内に取り込まれて共振および増幅が行われる。その後、駆動電圧Ｖｄが電圧値Ｖ１から電圧値Ｖ０に立ち下がると、光共振器内の殆ど全てのパルス光Ｐ１が偏光ビームスプリッタ２５で反射し、光共振器の外部に取り出される。したがって、一本の強いパルス光Ｐ１がパルス光発生装置１０から出力される。

これに対し、図２（ｂ）に示されるように駆動電圧Ｖｄの電圧波形が階段状である場合、まず一段目の駆動電圧（第１の電圧値Ｖ１）が第１の期間Ｔ１にわたって印加されると、光共振器のＱ値が瞬時に高まり、種光Ｐ２が光共振器内に取り込まれて共振および増幅が行われる。その後、二段目の駆動電圧（第２の電圧値Ｖ２、但しＶ０＜Ｖ２＜Ｖ１）が第２の期間Ｔ２にわたって印加されると、共振状態にあるパルス光Ｐ１の偏光状態がやや変化する。これにより、光共振器内のパルス光Ｐ１の一部が偏光ビームスプリッタ２５で反射し、光共振器の外部に取り出される。また、残りのパルス光Ｐ１は光共振器内に留まり、共振動作を継続して増幅を繰り返す。なお、期間Ｔ２において増幅動作を繰り返す為には、ゲイン媒質２１に蓄積されたエネルギが、期間Ｔ１から期間Ｔ２に移行するときに残存している必要がある。以降、この二段目の電圧値Ｖ２が継続するか、或いは三段目以降の電圧値が更に印加されることにより、このようなパルス光Ｐ１の取り出しと共振動作の継続とが連続して行われる。

このように、図２（ｂ）に示された階段状の電圧波形を有する駆動電圧Ｖｄによって、複数本のパルス光Ｐ１が光共振器から取り出され、パルス光発生装置１０の外部へ出力される。このとき、パルス光Ｐ１の本数、及び複数本のパルス光Ｐ１から成るパルス列の時間長さは、電圧波形の二段目の期間Ｔ２の長さに依存する。すなわち、図２（ｃ）に示されるように、期間Ｔ２が長くなるほどパルス光Ｐ１の本数が多くなる。また、各パルス光Ｐ１の強度は、主に二段目の電圧値Ｖ２の大きさに依存する。そして、パルス光Ｐ１の本数が多くなるほど、各パルス光Ｐ１の強度が小さくなるように駆動電圧Ｖｄの電圧値が制御されることが好ましい。このように、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示されたような駆動電圧Ｖｄが印加される場合、期間Ｔ２の長さと駆動電圧Ｖｄの電圧値とを調整することにより、光共振器から取り出されるパルス光Ｐ１の本数やパルス列の時間長さを任意に変更することができる。なお、複数のパルス光Ｐ１同士の時間間隔は、主に光共振器の光路長に依存し、例えば１０ｎｓといった長さである。

本実施形態では、電圧供給部１５が、例えば図２（ｂ）や図２（ｃ）に示されたような、階段状の電圧波形を有する駆動電圧Ｖｄを電気光学素子２３に印加する。これにより、１パルスの種光Ｐ２の入力に基づく１回の共振動作につき、複数本のパルス光Ｐ１が光共振器から偏光ビームスプリッタ２５，２６を介して取り出される。このとき、取り出されるパルス光Ｐ１の本数やパルス列の長さは、階段状の駆動電圧Ｖｄの段数、各段の電圧、および各段の時間幅によって、任意に、且つ極めて精度良く制御可能である。したがって、本実施形態のパルス光発生装置１０によれば、一回の共振につき複数（例えば数十本）のパルス光Ｐ１を出力することができ、且つ、複数のパルス光Ｐ１の本数やパルス列の長さを任意に且つ精度良く制御することができる。

例えば、パルス光Ｐ１を用いて多層膜を除去する際、１パルスのみでは複数層にわたって膜材料を完全に除去することが難しい場合がある。このような場合、本実施形態のパルス光発生装置１０によって複数のパルス光Ｐ１を多層膜に照射することにより、複数層にわたる膜材料を好適に除去することができる。また、除去すべき多層膜が広範囲に存在し、多層膜を含む加工材料を可動ステージ上に載せた状態で多層膜の除去を行う際に、パルス光発生装置から出力されるパルス光Ｐ１が一回の共振につき１パルスのみであると、複数のパルス光Ｐ１を同一箇所に照射するために、照射毎に可動ステージを停止させる必要があり、加工時間が長くなってしまう。これに対し、本実施形態のパルス光発生装置１０によれば、可動ステージの移動速度をほぼ無視できるほどの短い時間に複数のパルス光Ｐ１を出力することができるので、パルス光Ｐ１の照射毎に可動ステージを停止させる必要がなくなり、加工時間を短縮することができる。

また、本実施形態のパルス光発生装置１０は、Ｓｉなどの半導体材料と、ガラス、サファイア、或いは樹脂などの透明材料とが張り合わされたような、混合材料を加工する際に好適に用いられる。特に、このような混合材料を割断する際に好適に用いられる。また、パルス光発生装置１０の構成は比較的単純であるため、小型、高信頼性、メンテナンスフリー、及び低コストのパルス光発生装置を実現することができる。

また、本実施形態では、電圧供給部１５において、階段状の電圧波形の段数、各段の電圧、および各段の時間幅のうち少なくとも一つが可変であることが好ましい。特に、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示された電圧波形において第２の期間Ｔ２の長さが可変であるとよい。これにより、一回の共振動作毎に光共振器から取り出される複数のパルス光Ｐ１の本数やパルス列の長さを任意に変更可能なパルス光発生装置１０を提供することができる。

なお、本実施形態のパルス光発生装置１０において、種光Ｐ２の光増幅部１１への入射を止めることによって、光増幅部は発振器として動作し、共振器長によって定まるパルス幅の光を出力する。このとき、電圧供給部１５に階段状の電圧を印加することで、任意のパルス幅の光を出力できる。このような動作のための構成として、本実施形態では、種光源１２と光取り出し部１３の間にシャッタ１６が設けられている。シャッタ１６は、機械的なシャッタであっても良く、或いはＡＯ（音響光学）変調器やＥＯ（電気光学）変調器であっても良い。

ここで、階段状の電圧波形の段数、各段の電圧、および各段の時間幅を任意に制御可能な電圧供給部１５の一例について説明する。図３は、電圧供給部１５の構成例を概略的に示す図である。図３に示されるように、この電圧供給部１５は、電気光学素子２３に接続される出力端４１と、パルス電圧生成回路１７に接続される第１の入力端４２ａ及び第２の入力端４２ｂとを備えている。電圧供給部１５は、入力端４２ａ，４２ｂから入力されたパルス信号に基づいて、階段状の電圧波形を出力端４１から出力することによって、電気光学素子２３を駆動する。なお、パルス電圧生成回路１７は、種光Ｐ２の出力タイミングに同期したトリガ信号を種光源１２から受ける。トリガ信号は、例えば、種光源１２から出力される種光の一部を光検出器等によって光電変換することにより得られる。パルス電圧生成回路１７は、このトリガ信号に基づいて、光増幅部１１への種光Ｐ２の入力タイミングに同期して駆動電圧Ｖｄを出力させるためのパルス信号を生成し、電圧供給部１５に与える。

本実施形態の電圧供給部１５は、第１のスイッチング回路５０と、第２のスイッチング回路６０と、第１の高電圧電源４３と、第２の高電圧電源４４とを備えている。高電圧電源４３は、本実施形態における第１の定電位線であって、例えば１０００ボルト以上の定電圧を供給する。スイッチング回路５０は、パルス電圧生成回路１７から入力端４２ａを介して入力される第１のパルス電圧ＶＰ１を受けるとともに、高電圧電源４３から第１の定電圧（電圧ＶＨ）の供給を受ける。スイッチング回路５０は、パルス電圧ＶＰ１に応じて電流Ｉ１を流す。スイッチング回路５０を流れる電流Ｉ１は、パルス電圧ＶＰ１のパルス時間幅に応じた時間幅を有し、且つパルス電圧ＶＰ１のパルス電圧に応じた大きさを有する。電流Ｉ１は、高電圧電源４３からスイッチング回路５０及び出力端４１を介して、容量性負荷としての電気光学素子２３の一方の電極に入力され、該一方の電極において蓄積する。なお、本実施形態では、電気光学素子２３の他方の電極は定電位線（例えば基準電位線）に接続されている。

スイッチング回路６０は、パルス電圧生成回路１７から入力端４２ｂを介して入力される第２のパルス電圧ＶＰ２を受けるとともに、高電圧電源４４から第１の定電圧より低い第２の定電圧（電圧ＶＬ＜ＶＨ）の供給を受ける。スイッチング回路６０は、パルス電圧ＶＰ２に応じて電流Ｉ２を流す。スイッチング回路６０を流れる電流Ｉ２は、パルス電圧ＶＰ２のパルス時間幅に応じた時間幅を有し、且つパルス電圧ＶＰ２のパルス電圧に応じた大きさを有する。電流Ｉ２は、容量性負荷としての電気光学素子２３の一方の電極から出力端４１及びスイッチング回路６０を介して高電圧電源４４へ流れる。なお、高電圧電源４４は、本実施形態における第２の定電位線である。

図４は、本実施形態に係る電圧供給部１５の具体例を示す回路図である。図４に示されるように、スイッチング回路５０は、高耐圧の第１のトランジスタ（本実施形態ではＦＥＴ）５１と、第１の変圧器５２と、第１の容量素子（コンデンサ）５３とを含んで構成されている。ＦＥＴ５１は、高電圧電源４３と出力端４１との間に直列に接続されており、高電圧電源４３から出力端４１を介して電気光学素子２３へ流れる電流Ｉ１を制御する。具体的には、ＦＥＴ５１の一方の電流端子（本実施形態ではソース）は出力端４１に接続されており、他方の電流端子（本実施形態ではドレイン）は高電圧電源４３に接続されている。

変圧器５２は、低電圧領域と高電圧領域とを相互に絶縁するためのものであり、例えば絶縁トランスによって構成される。変圧器５２は、入力側コイル及び出力側コイルを有する。入力側コイルの一端は、容量素子５３を介して第１の入力端４２ａに接続されており、入力側コイルの他端は基準電位線７０（第３の定電位線）に接続されている。なお、ここでいう基準電位とは、例えば接地電位である。また、出力側コイルの一端は、ＦＥＴ５１の制御端子（ゲート）に接続されており、出力側コイルの他端は、ＦＥＴ５１のソースに接続されている。このような構成において、第１の入力端４２ａにパルス電圧ＶＰ１が入力されると、容量素子５３をパルス電圧ＶＰ１の成分のみが通過し、直流成分が除去される。そして、このパルス電圧ＶＰ１により、変圧器５２を介してＦＥＴ５１のゲートとソースとの間にパルス電圧が印加される。このパルス電圧は、パルス電圧ＶＰ１のパルス時間幅と同じ時間幅を有し、パルス電圧ＶＰ１のパルス電圧に比例する電圧を有する。これにより、ＦＥＴ５１のドレイン−ソース間に、パルス電圧ＶＰ１のパルス電圧に比例する大きさの電流Ｉ１が流れる。

また、図４に示されるように、スイッチング回路６０は、スイッチング回路５０と同様に、高耐圧の第２のトランジスタ（本実施形態ではＦＥＴ）６１と、第２の変圧器６２と、第２の容量素子（コンデンサ）６３とを含んで構成されている。ＦＥＴ６１は、高電圧電源４４と出力端４１との間に直列に接続されており、電気光学素子２３から出力端４１を介して高電圧電源４４へ流れる電流Ｉ２を制御する。具体的には、ＦＥＴ６１の一方の電流端子（本実施形態ではドレイン）は出力端４１に接続されており、他方の電流端子（本実施形態ではソース）は高電圧電源４４に接続されている。

変圧器６２は、低電圧領域と高電圧領域とを相互に絶縁するためのものであり、例えば絶縁トランスによって構成される。変圧器６２は、入力側コイル及び出力側コイルを有する。入力側コイルの一端は、容量素子６３を介して第２の入力端４２ｂに接続されており、入力側コイルの他端は基準電位線７０（第３の定電位線）に接続されている。なお、この基準電位線７０は、スイッチング回路５０において変圧器５２の入力側コイルが接続される基準電位線７０と共通の配線とすることができる。また、出力側コイルの一端は、ＦＥＴ６１の制御端子（ゲート）に接続されており、出力側コイルの他端は、ＦＥＴ６１のソースに接続されている。このような構成において、第２の入力端４２ｂにパルス電圧ＶＰ２が入力されると、容量素子６３をパルス電圧ＶＰ２の成分のみが通過し、直流成分が除去される。そして、このパルス電圧ＶＰ２により、変圧器６２を介してＦＥＴ６１のゲートとソースとの間にパルス電圧が印加される。このパルス電圧は、パルス電圧ＶＰ２のパルス時間幅と同じ時間幅を有し、パルス電圧ＶＰ２のパルス電圧に比例する電圧を有する。これにより、ＦＥＴ６１のドレイン−ソース間に、パルス電圧ＶＰ２のパルス電圧に比例する大きさの電流Ｉ２が流れる。

なお、図４に示されるように、高電圧電源４３及び高電圧電源４４は、電荷供給用高耐圧コンデンサ４３ａ及び４４ａをそれぞれ有しても良い。コンデンサ４３ａは、電圧ＶＨを供給する配線と基準電位線７０との間に接続され、電流Ｉ１のための電荷を配線に提供する。また、コンデンサ４４ａは、電圧ＶＬを供給する配線と基準電位線７０との間に接続され、電流Ｉ２のための電荷を配線に提供する。

また、図４に示されるように、高電圧電源４４と出力端４１との間には、高耐圧抵抗４５が接続されても良い。この高耐圧抵抗４５によって、高電圧電源４４の電圧ＶＬを出力端４１における基準電圧とすることができる。更に、パルス電圧ＶＰ１，ＶＰ２が入力端４２ａ、４２ｂに長時間入力されない場合に、出力端４１の電圧がＶＬとなり、電気光学素子２３にかかる電位差が０となるので、パルス電圧生成回路１７（図３参照）の不調時に、電圧供給部１５や電気光学素子２３を含む装置全体を安全に停止させることができる。

以上の構成を備える電圧供給部１５の動作について説明する。図５は、電圧供給部１５の動作を模式的に示す図である。また、図６（ａ）は入力端４２ａに入力される電圧の時間波形を示しており、図６（ｂ）は入力端４２ｂに入力される電圧の時間波形を示しており、図６（ｃ）は出力端４１における電圧の時間波形を示している。なお、図５において、ＦＥＴ５１，６１が模式的に一つのスイッチとして示されている。また、図６（ａ）〜図６（ｃ）において、横軸は時間を示しており、そのスケールは各図において一致している。一方、縦軸は電圧を示しているが、そのスケールは各図において必ずしも一致していない。

本実施形態では、パルス電圧ＶＰ２のピーク電圧を、ＦＥＴ６１のゲート閾値電圧以上の低い値に設定することにより、パルス１回当たりの電流Ｉ２の電流量を制限する。そして、電気光学素子２３の一方の電極に対し、複数回に分けて電荷を少量ずつ放電することにより、駆動電圧Ｖｄの立ち下がり時における階段状の電圧波形を生成する。

具体的には、図６（ａ）に示されるように、まずパルス電圧生成回路１７からパルス電圧ＶＰ１が１つだけ入力される。スイッチング回路５０では、このパルス電圧ＶＰ１に応じて、ＦＥＴ５１がオン状態となり、パルス電圧ＶＰ１のピーク電圧値に比例する大きさの電流Ｉ１１が、パルス電圧ＶＰ１の時間幅と同じ時間だけ電気光学素子２３に供給され、電気光学素子２３の一方の電極に蓄積される。このとき、図６（ｃ）に示されるように、出力端４１から出力される駆動電圧Ｖｄの電圧値（すなわち電気光学素子２３の電極電位）は、電流Ｉ１１の大きさとその時間幅との積に応じた値を示すこととなる。具体的には、パルス電圧ＶＰ１が入力されると、出力端４１における電圧値は、電流Ｉ１１の大きさと時間幅との積に応じた電圧値を電圧値ＶＬに加えた電圧値Ｖ１となる。なお、階段波パルスのピーク電圧である電圧値Ｖ１は、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの電位差に近い（すなわち、電気光学素子２３が飽和している）ことが望ましい。

その後、図６（ｂ）に示されるように、パルス電圧生成回路１７からパルス電圧ＶＰ２が複数回（図６（ｂ）では２回）にわたって入力される。スイッチング回路６０では、これらのパルス電圧ＶＰ２に応じて、複数回にわたってＦＥＴ６１がオン状態となり、パルス電圧ＶＰ２のピーク電圧値に比例する大きさの電流Ｉ２１，Ｉ２２が、パルス電圧ＶＰ２の時間幅と同じ時間だけ電気光学素子２３から流出する。このとき、図６（ｃ）に示されるように、出力端４１における電圧値は、電流Ｉ２１，Ｉ２２の大きさとこれらの時間幅との積に応じた値を示すこととなる。具体的には、まず最初のパルス電圧ＶＰ２が入力されると、出力端４１における電圧値は、先に述べた電圧値Ｖ１から、電流Ｉ２１の大きさと時間幅との積に応じた電圧値を差し引いた電圧値Ｖ２となる。次に、所定の時間間隔を置いて２回目のパルス電圧ＶＰ２が入力されると、出力端４１における電圧値は、電圧値Ｖ２から、電流Ｉ２２の大きさと時間幅との積に応じた電圧値を差し引いた電圧値（例えばＶＬと同値）となる。

本実施形態では、例えば上述した構成を備える電圧供給部１５をパルス光発生装置１０が備えることによって、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示されたような階段状の電圧波形を有する駆動電圧Ｖｄを電気光学素子２３に好適に印加することができる。

（第１の変形例）
上記実施形態の第１変形例として、電圧供給部１５から印加される駆動電圧Ｖｄの電圧波形の別の例について説明する。図７は、本変形例における電圧供給部１５の動作を模式的に示す図である。また、図８（ａ）は入力端４２ａに入力される電圧の時間波形を示しており、図８（ｂ）は入力端４２ｂに入力される電圧の時間波形を示しており、図８（ｃ）は出力端４１における駆動電圧Ｖｄの時間波形を示している。

本変形例では、上記実施形態と同様に、パルス電圧ＶＰ２のピーク電圧を、ＦＥＴ６１のゲート閾値電圧以上の低い値に設定することにより、パルス１回当たりの電流Ｉ２の電流量を制限する。そして、電気光学素子２３の一方の電極に対し、複数回に分けて電荷を少量ずつ放電することにより、駆動電圧Ｖｄの立ち下がり時における階段状の電圧波形を生成する。

具体的には、図８（ａ）に示されるように、まずパルス電圧生成回路１７からパルス電圧ＶＰ１が１つだけ入力される。これにより、図８（ｃ）に示されるように、出力端４１における駆動電圧Ｖｄは電圧値Ｖ１となる。その後、図８（ｂ）に示されるように、パルス電圧生成回路１７からパルス電圧ＶＰ２が３回入力される。スイッチング回路６０では、これらのパルス電圧ＶＰ２に応じて、３回にわたってＦＥＴ６１がオン状態となり、パルス電圧ＶＰ２のピーク電圧値に比例する大きさの電流Ｉ２１，Ｉ２２，Ｉ２３が、パルス電圧ＶＰ２の時間幅と同じ時間だけ電気光学素子２３から流出する。このとき、図８（ｃ）に示されるように、出力端４１における駆動電圧Ｖｄは、まず電流Ｉ２１の流出によって電圧値Ｖ３（＜Ｖ１）となり、次に、電流Ｉ２２の流出によって電圧値Ｖ４（＜Ｖ３）となり、電流Ｉ２３の流出によって電圧値ＶＬ（＜Ｖ４）となる。

図４に示された電圧供給部１５によれば、本変形例のように、パルス電圧ＶＰ２の入力回数を変更することによって、階段状の電圧波形の段数を任意に設定することができる。

（第２の変形例）
上記実施形態の第２変形例として、電圧供給部１５から印加される駆動電圧Ｖｄの電圧波形の更に別の例について説明する。図９は、本変形例における電圧供給部１５の動作を模式的に示す図である。また、図１０（ａ）は入力端４２ａに入力される電圧の時間波形を示しており、図１０（ｂ）は入力端４２ｂに入力される電圧の時間波形を示しており、図１０（ｃ）は出力端４１における駆動電圧Ｖｄの時間波形を示している。

本変形例では、上記実施形態と異なり、駆動電圧Ｖｄの立ち下がり時だけでなく、立ち上がり時においても階段状の電圧波形を生成する。すなわち、パルス電圧ＶＰ１のピーク電圧をＦＥＴ５１のゲート閾値電圧以上の低い値に設定することにより、パルス１回当たりの電流Ｉ１の電流量を制限する。そして、電気光学素子２３の一方の電極に対し、複数回に分けて電荷を少量ずつ充電することにより、駆動電圧Ｖｄの立ち上がり時における階段状の電圧波形を生成する。

具体的には、図１０（ａ）に示されるように、まずパルス電圧生成回路１７からパルス電圧ＶＰ１が複数回（図１０（ａ）では３回）にわたって入力される。スイッチング回路５０では、これらのパルス電圧ＶＰ１に応じて、複数回にわたってＦＥＴ５１がオン状態となり、パルス電圧ＶＰ１のピーク電圧値に比例する大きさの電流Ｉ１１，Ｉ１２，Ｉ１３が、パルス電圧ＶＰ１の時間幅と同じ時間だけ電気光学素子２３に供給され、電気光学素子２３の一方の電極に蓄積される。このとき、図１０（ｃ）に示されるように、出力端４１から出力される駆動電圧Ｖｄは、電流Ｉ１１，Ｉ１２，Ｉ１３の大きさとこれらの時間幅との積に応じた値を示すこととなる。具体的には、まず最初のパルス電圧ＶＰ１が入力されると、出力端４１における駆動電圧Ｖｄは、電流Ｉ１１の大きさと時間幅との積に応じた電圧値を電圧値ＶＬに加えた電圧値Ｖ５となる。次に、所定の時間間隔を置いて２回目のパルス電圧ＶＰ１が入力されると、出力端４１における駆動電圧Ｖｄは、電流Ｉ１２の大きさと時間幅との積に応じた電圧値を電圧値Ｖ５に加えた電圧値Ｖ６となる。そして、更に所定の時間間隔を置いて３回目のパルス電圧ＶＰ１が入力されると、出力端４１における駆動電圧Ｖｄは、電流Ｉ１３の大きさと時間幅との積に応じた電圧値を電圧値Ｖ６に加えた電圧値Ｖ７となる。

その後、上記実施形態と同様、パルス電圧生成回路１７からパルス電圧ＶＰ２が複数回（図１０（ｂ）では２回）にわたって入力される。スイッチング回路６０では、これらのパルス電圧ＶＰ２に応じて、複数回にわたってＦＥＴ６１がオン状態となり、電流Ｉ２１，Ｉ２２が電気光学素子２３から流出する。そして、出力端４１における駆動電圧Ｖｄは、先に述べた電圧値Ｖ７から電流Ｉ２１の大きさと時間幅との積に応じた電圧値を差し引いた電圧値Ｖ８となり、次いで、電圧値Ｖ８から電流Ｉ２２の大きさと時間幅との積に応じた電圧値を差し引いた電圧値（例えばＶＬと同値）となる。

本変形例のように、例えば図４に示された電圧供給部１５へのパルス電圧ＶＰ１の入力回数を複数回とすることによって、駆動電圧Ｖｄの立ち上がり時における電圧波形を階段状にすることができ、また、パルス電圧ＶＰ１の入力回数に応じてその段数を任意に設定することができる。なお、本変形例において、パルス電圧ＶＰ２の入力回数を１回のみとし、駆動電圧Ｖｄの立ち下がりを階段状ではなく瞬時に行ってもよい。

（第３の変形例）
上記実施形態の第３変形例として、電圧供給部１５から印加される駆動電圧Ｖｄの電圧波形の更に別の例について説明する。図１１は、本変形例における電圧供給部１５の動作を模式的に示す図である。また、図１２（ａ）は入力端４２ａに入力される電圧の時間波形を示しており、図１２（ｂ）は入力端４２ｂに入力される電圧の時間波形を示しており、図１２（ｃ）は出力端４１における駆動電圧Ｖｄの時間波形を示している。

本変形例では、駆動電圧Ｖｄの階段状の電圧波形として、複数の段のそれぞれにおいて任意の電圧値を有する波形を生成する。すなわち、パルス電圧ＶＰ１及びＶＰ２のピーク電圧を、ＦＥＴ５１，６１のゲート閾値電圧以上の低い値に設定することにより、パルス１回当たりの電流量を制限する。そして、電気光学素子２３の一方の電極に対し、充電と放電とを任意の順番で繰り返すことにより、複数の段のそれぞれにおいて任意の電圧値を有する電圧波形を生成する。

一例を挙げると、図１２（ａ）に示されるように、まずパルス電圧生成回路１７からパルス電圧ＶＰ１が２回入力される。スイッチング回路５０では、これらのパルス電圧ＶＰ１に応じて、２回連続してＦＥＴ５１がオン状態となり、パルス電圧ＶＰ１のピーク電圧値に比例する大きさの電流Ｉ１１，Ｉ１２が、パルス電圧ＶＰ１の時間幅と同じ時間だけ電気光学素子２３に供給され、電気光学素子２３の一方の電極に蓄積される。このとき、図１２（ｃ）に示されるように、出力端４１から出力される駆動電圧Ｖｄは、まず電流Ｉ１１の供給によって電圧値Ｖ９（＞ＶＬ）となり、次に、電流Ｉ１２の供給によって電圧値Ｖ１０（＞Ｖ９）となる。

続いて、パルス電圧生成回路１７からパルス電圧ＶＰ２が１回入力され、その後、パルス電圧ＶＰ１が１回入力される。スイッチング回路６０，５０では、これらのパルス電圧ＶＰ２，ＶＰ１に応じて、ＦＥＴ６１，５１が断続的にオン状態となる。これにより、パルス電圧ＶＰ２のピーク電圧値に比例する大きさの電流Ｉ２１がパルス電圧ＶＰ２の時間幅と同じ時間だけ電気光学素子２３から流出したのち、パルス電圧ＶＰ１のピーク電圧値に比例する大きさの電流Ｉ１３がパルス電圧ＶＰ１の時間幅と同じ時間だけ電気光学素子２３に供給される。このとき、図１２（ｃ）に示されるように、出力端４１から出力される駆動電圧Ｖｄは、まず電流Ｉ２１の流出によって電圧値Ｖ９（＜Ｖ１０）となり、次に、電流Ｉ１３の供給によって電圧値Ｖ１０（＞電圧値Ｖ９）に戻る。

最後に、パルス電圧生成回路１７からパルス電圧ＶＰ２が２回入力される。スイッチング回路６０では、これらのパルス電圧ＶＰ２に応じて、２回にわたってＦＥＴ６１がオン状態となり、電流Ｉ２２，Ｉ２３が電気光学素子２３から流出する。このとき、図１２（ｃ）に示されるように、出力端４１における駆動電圧Ｖｄは、まず電流Ｉ２２の流出によって電圧値Ｖ９（＜Ｖ１０）となり、次に、電流Ｉ２３の流出によって電圧値ＶＬ（＜Ｖ９）となる。

なお、図１１及び図１２に示された動作は本変形例の一例であって、パルス電圧生成回路１７は、パルス電圧ＶＰ１及びＶＰ２の各入力を、任意の順序で繰り返すことができる。そして、任意のタイミングで電圧値の上昇若しくは下降を繰り返す、任意の階段状電圧波形を好適に生成することができる。

（第１の実施例）
ここで、上述した第３変形例に関する実施例について説明する。いま、ｎ段（ｎは２以上の整数）の電圧波形を有する駆動電圧Ｖｄを電気光学素子２３に印加したとき、パルス光発生装置１０から出力される第ｎ番目で出力されるパルス光Ｐ１のエネルギＧ_ｎは、
ｎ＝２のとき：Ｇ_２＝Ａ×（Ｉ_１−Ｉ_２）／Ｉ_１
ｎ≧３のとき：Ｇ_ｎ＝Ｂ×Ｇ_ｎ−１×Ｉ_ｎ−１×（Ｉ_１−Ｉ_ｎ）／（Ｉ_１−Ｉ_ｎ−１）／Ｉ_１
となる。但し、Ａは１段目で増幅されたパルス光Ｐ１のエネルギ、Ｂは光共振器を１往復した際の利得、Ｉ_ｎは駆動電圧Ｖｄの第ｎ段目における電圧値である。なお、上式では、光共振器を１往復した際の利得は常に一定であり、駆動電圧Ｖｄの電圧値と光共振器内のＱ値は比例関係にあると仮定している。また、Ｉ_１はＱ値が最も高くなる最大電圧値を仮定している。

図１３〜図１５は、一例として、４段（すなわちｎ＝４）の階段状波形を有する駆動電圧Ｖｄを電気光学素子２３に印加して、任意のエネルギを有する４本のパルス光Ｐ１を出力させる場合の駆動電圧Ｖｄの計算結果を示すグラフである。また、図１６は、比較例として、矩形状波形（すなわちｎ＝１）を有する駆動電圧Ｖｄを電気光学素子２３に印加して、１本のパルス光Ｐ１を出力させる場合の計算結果を示すグラフである。図１３〜図１６において、横軸は時間を表し、縦軸は駆動電圧Ｖｄの電圧値およびパルス光Ｐ１の光強度（共に任意単位。駆動電圧Ｖｄの電圧値は、第１段目の電圧値を１としている）を表している。なお、この例では、利得Ｂを２として計算した。

図１３は、４本のパルス光Ｐ１のエネルギＧ_１〜Ｇ_４の比Ｇ_１：Ｇ_２：Ｇ_３：Ｇ_４を１：１：１：１として駆動電圧Ｖｄを計算した結果を示している。また、図１４は、比Ｇ_１：Ｇ_２：Ｇ_３：Ｇ_４を４：１：３：２として駆動電圧Ｖｄを計算した結果を示している。また、図１５は、比Ｇ_１：Ｇ_２：Ｇ_３：Ｇ_４を１：４：２：３として駆動電圧Ｖｄを計算した結果を示している。図１３〜図１５に示されるように、上記第３変形例では、階段状電圧波形の各段における電圧値を適切に設定することによって、複数本のパルス光Ｐ１それぞれのエネルギ比（光強度比）を自在に制御することができる。換言すれば、一回の共振動作毎に光共振器から取り出される複数のパルス光Ｐ１が、互いに光強度が異なる２以上のパルス光を含むこととなる。

例えば、パルス光Ｐ１を用いて多層膜を除去する際、多層膜を構成する各層の膜材料がそれぞれ異なると、１パルスのパルス光Ｐ１のみではこれらの膜材料を十分に除去することが難しい。本実施例によれば、複数本のパルス光Ｐ１のエネルギをそれぞれ任意の大きさに設定することができるので、各層の膜材料に適したエネルギのパルス光Ｐ１を各層に照射することができる。

（第２の実施例）
図１７は、上記実施形態に関する実施例として、複数本のパルス光Ｐ１の出力結果を示すグラフである。図１７において、横軸上段は、一回の共振動作で生成されたパルス光Ｐ１の本数を表しており、横軸下段は、一回の共振動作で生成された複数のパルス光Ｐ１から成るパルス列の時間幅（単位：ｎｓ）を表している。また、縦軸は、パルス列の総エネルギ（単位：μＪ）を表している。なお、丸形のプロットは繰返し周波数１ｋＨｚでの結果を示しており、菱形のプロットは繰返し周波数１０ｋＨｚでの結果を示している。

また、繰返し周波数１ｋＨｚでの動作条件及び結果を以下に示す。なお、本実施例では、図６（ｃ）に示された電圧波形を有する駆動電圧Ｖｄを電気光学素子２３に印加した。そして、駆動電圧Ｖｄの第１段目の電圧値Ｖ１を３．６ｋＶとし、第２段目の電圧値Ｖ２を１．３ｋＶとした。
（パターン１）
駆動電圧Ｖｄの第１段目の時間幅：１００ｎｓ
駆動電圧Ｖｄの第２段目の時間幅：５０ｎｓ
パルス列エネルギ：７７０μＪ
パルス列幅：４０ｎｓ
ＬＤ電流：４０．５Ａ
（パターン２）
駆動電圧Ｖｄの第１段目の時間幅：１００ｎｓ
駆動電圧Ｖｄの第２段目の時間幅：１００ｎｓ
パルス列エネルギ：８９０μＪ
パルス列幅：９２ｎｓ
ＬＤ電流：４０．５Ａ
（パターン３）
駆動電圧Ｖｄの第１段目の時間幅：１００ｎｓ
駆動電圧Ｖｄの第２段目の時間幅：１５０ｎｓ
パルス列エネルギ：１１２０μＪ
パルス列幅：１４０ｎｓ
ＬＤ電流：４０．５Ａ
（パターン４）
駆動電圧Ｖｄの第１段目の時間幅：１００ｎｓ
駆動電圧Ｖｄの第２段目の時間幅：２００ｎｓ
パルス列エネルギ：１４６０μＪ
パルス列幅：１８６ｎｓ
ＬＤ電流：４０．５Ａ
（パターン５）
駆動電圧Ｖｄの第１段目の時間幅：１００ｎｓ
駆動電圧Ｖｄの第２段目の時間幅：４００ｎｓ
パルス列エネルギ：１３００μＪ
パルス列幅：３７６ｎｓ
ＬＤ電流：３４．５Ａ
（パターン６）
駆動電圧Ｖｄの第１段目の時間幅：１００ｎｓ
駆動電圧Ｖｄの第２段目の時間幅：９００ｎｓ
パルス列エネルギ：１０４５μＪ
パルス列幅：３５０ｎｓ
ＬＤ電流：３１Ａ

図１７に示されるように、パルス列の時間幅を４０ｎｓ〜４００ｎｓの間で変化させることができ、また、パルス光Ｐ１の数を４〜３０の間で変化させることができた。また、繰返し周波数１ｋＨｚのとき、最大で総エネルギ１．４ｍＪの出力が得られた。なお、繰返し周波数１０ｋＨｚのときは、総エネルギの最大値は３００ｕＪ程度であった。

図１８〜図２２は、繰返し周波数１ｋＨｚのときの上述したパターン１，２，４〜６に対応するパルス光Ｐ１の実測結果を示すグラフである。図中のグラフＧ１１は増幅過程を示す。共振器のエンドミラーの裏に設置されたフォトダイオードの電気信号であり、共振器内に閉じ込められた種パルスが徐々に増幅されていく様子を示す。グラフＧ１２はパルス光発生装置１０から出力された光の強度変化（具体的には、出力光を受けたフォトダイオードから出力された電気信号量）を示し、グラフＧ１３は駆動電圧Ｖｄの印加時間（第１段目の時間幅と第２段目の時間幅との和）を示す信号値を示している。但し、第１段目の時間幅（１００ｎｓ）は一定である。

図１８〜図２２に示されるように、上記実施形態のパルス光発生装置１０によって、任意のパルス列幅およびパルス本数を有する複数のパルス光Ｐ１を好適に生成することができる。また、駆動電圧Ｖｄの第２段目の時間幅を長くすることにより、パルス列幅を例えば共振器長よりも長い数百ｎｓといった長さにすることができる。

本発明によるパルス光発生装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態において、種光源１２と光増幅部１１との間に、パルス伸張器が設置されていても良い。この場合、種光Ｐ２のパルス幅が１０ｐｓ〜１０００ｐｓ程度に伸張されていることが望ましい。

また、上述した実施形態において、光取り出し部にパルス圧縮器が設置されていても良い。パルス圧縮器は、光増幅部１１から光増幅されて出力されるパルス光Ｐ１のパルス幅を圧縮して、その圧縮後のパルス光を出力する。パルス圧縮器から出力されるパルス光は、ピークパワーが高いものとなる。なお、パルス圧縮器では、グレーティング間の距離が自動的に変更可能であることが望ましい。そして、パルス幅は、１００ｆｓ〜１０００ｐｓの間で変更可能であることが望ましい。

また、上述した実施形態では、第１及び第２のトランジスタとして電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が例示されているが、第１及び第２のトランジスタは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であってもよい。ＩＧＢＴでは、ＦＥＴと同様に、コレクタ−エミッタ電圧が高い場合にはゲート入力電圧に応じて電流量が増加するからである。その場合、上述した各実施形態において、ドレインはコレクタに置き換えられ、ソースはエミッタに置き換えられる。

１０…パルス光発生装置、１１…光増幅部、１２…種光源、１３…光取り出し部、１４…エネルギ供給部、１５…電圧供給部、１６…シャッタ、１７…パルス電圧生成回路、２１…ゲイン媒質、２２…ミラー、２３…電気光学素子、２４…λ／４波長板、２５，２６…偏光ビームスプリッタ、２７…偏光回転子、２８…ファラデーローテータ、５０，６０…スイッチング回路、７０…基準電位線、Ｐ１…パルス光、Ｐ２…種光、Ｖｄ…駆動電圧、ＶＰ１，ＶＰ２…パルス電圧。

Claims (5)

1. パルス光を共振させる光共振器と、
   前記光共振器の共振光路上に配置され前記パルス光を増幅するゲイン媒質と、
   前記ゲイン媒質に励起エネルギを供給するエネルギ供給部と、
   前記パルス光の元となるパルス状の種光を周期的に前記光共振器へ提供する種光源と、
   前記共振光路上に設けられ、電気光学効果によって前記パルス光の偏光状態を制御する電気光学素子と、
   前記共振光路上に設けられ、前記パルス光をその偏光状態に応じて選択的に反射または透過する偏光ビームスプリッタと、
   前記電気光学素子にパルス状の駆動電圧を印加する電圧供給部と
   を備え、
   前記電圧供給部が、階段状の電圧波形を有する前記駆動電圧を前記電気光学素子に印加することにより、一回の共振につき複数の前記パルス光が前記光共振器から前記偏光ビームスプリッタを介して取り出されることを特徴とする、パルス光発生装置。
2. 前記電圧供給部において、前記階段状の電圧波形の段数、各段の電圧、および各段の時間幅のうち少なくとも一つが可変であることにより、一回の共振動作毎に前記光共振器から取り出される前記複数のパルス光のパルス数および前記複数のパルス光からなるパルス列の長さのうち少なくとも一方を変更可能であることを特徴とする、請求項１に記載のパルス光発生装置。
3. 前記電圧波形は、第１の電圧値が印加される第１の期間と、前記第１の電圧値よりも低い第２の電圧値が印加される第２の期間とを含み、
   前記第２の期間の長さが可変であることにより、一回の共振動作毎に前記光共振器から取り出される前記複数のパルス光のパルス数および前記複数のパルス光からなるパルス列の長さを変更可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のパルス光発生装置。
4. 一回の共振動作毎に前記光共振器から取り出される前記複数のパルス光が、互いに光強度が異なる２以上のパルス光を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のパルス光発生装置。
5. 前記電圧供給部は、
   前記電気光学素子に前記駆動電圧を出力する出力端と、
   第１の定電圧を供給する第１の定電位線と、
   前記出力端に一方の電流端子が接続され、前記第１の定電位線に他方の電流端子が接続された第１のトランジスタと、
   入力側コイル及び出力側コイルを有し、前記出力側コイルが前記第１のトランジスタの制御端子に接続された第１の変圧器と、
   前記第１の変圧器の前記入力側コイルの一端に第１の容量素子を介して接続され、第１のパルス電圧が入力される第１の入力端と、
   前記第１の定電圧より低い第２の定電圧を供給する第２の定電位線と、
   前記出力端に一方の電流端子が接続され、前記第２の定電位線に他方の電流端子が接続された第２のトランジスタと、
   入力側コイル及び出力側コイルを有し、前記出力側コイルが前記第２のトランジスタの制御端子に接続された第２の変圧器と、
   前記第２の変圧器の前記入力側コイルの一端に第２の容量素子を介して接続され、第２のパルス電圧が入力される第２の入力端とを備え、
   前記第１及び第２のパルス電圧によって前記第１及び第２のトランジスタの制御端子に入力されるパルス電圧の大きさが、前記第１及び第２のトランジスタそれぞれの閾値電圧以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパルス光発生装置。