JP5120847B2 - Pulse width control device and laser irradiation device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザー光のパルス幅を制御するパルス幅制御装置およびレーザー照射装置に関し、特に、パルス幅をピコ秒（１０−１２秒）やそれより小さいフェムト秒、特に、１００フェムト秒オーダー（１０−１３秒）前後の範囲で制御するのに好適なパルス幅制御装置およびレーザー照射装置に関する。 The present invention relates to a pulse width control device and a laser irradiation device for controlling the pulse width of a laser beam, and in particular, the pulse width is picoseconds ( 10-12 seconds) or smaller femtoseconds, in particular, on the order of 100 femtoseconds (10 The present invention relates to a pulse width control device and a laser irradiation device suitable for controlling in the range of about -13 seconds).
近年の電子機器の小型化、高性能化に伴い、直径１００μｍの微細化されたマイクロモータや各種センサ、アクチュエータ、電気回路等が集積されたデバイス、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を作製する技術の進展が望まれている。前記ＭＥＭＳを作成する技術として、レーザー光を使用したレーザー加工技術が使用されており、さらなる微細な加工が要求されてきている。
前記レーザー加工技術であるレーザーアブレーション加工では、固体材料のターゲットにレーザー光が照射された時に、ターゲット表面の材料が放出されて、表面が削り取られることで、非接触で加工している。
With the recent downsizing and higher performance of electronic equipment, a technology to produce so-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), a device in which micro motors with various diameters of 100 μm, various sensors, actuators, electrical circuits, etc. are integrated. The progress is desired. As a technique for creating the MEMS, a laser processing technique using a laser beam is used, and further fine processing has been demanded.
In laser ablation processing, which is the laser processing technology, when a solid material target is irradiated with laser light, the material on the target surface is released and the surface is scraped off, thereby processing in a non-contact manner.
レーザーアブレーション加工等において使用されるレーザー光において、レーザー光が発光する時間であるパルス幅は、ターゲットに照射される時間に関連し、パルス幅がナノ秒（ｎｓ）のナノ秒レーザー光や、パルス幅がピコ秒（ｐｓ）のピコ秒レーザー光を使用する場合に比べて、さらにパルス幅が短いレーザー光を使用した場合は、より短時間で大きなエネルギーが伝達できるため、高品質、高精度で、熱の影響が小さくなる利点がある。
前記レーザーアブレーション加工をはじめ、レーザー光を使用した加工や実験、測定等では、光学素子の劣化や要求されている加工精度等の観点から、パルス幅を変化させたい場合がある。
パルス幅を変化させる技術として、下記の特許文献１、２記載の技術が知られている。
In laser light used in laser ablation processing, etc., the pulse width, which is the time for which the laser light is emitted, is related to the time of irradiation of the target, and nanosecond laser light with a pulse width of nanosecond (ns) or pulse Compared to using a picosecond laser beam with a width of picoseconds (ps), a laser beam with a shorter pulse width can transmit a larger amount of energy in a shorter time, resulting in higher quality and higher accuracy. There is an advantage that the influence of heat is reduced.
In the laser ablation processing, processing using laser light, experiments, measurements, and the like, there are cases where it is desired to change the pulse width from the viewpoint of deterioration of the optical element and required processing accuracy.
As techniques for changing the pulse width, techniques described in Patent Documents 1 and 2 below are known.
特許文献１（特開２００５−１４８５５０号公報）には、一般のレーザー光について、ビームスプリッタ（１１）で分離された一部のレーザー光を、複数の反射鏡（１２ａ〜１２ｄ）や複数のプリズム（２２ａ〜２２ｄ）、複数の凸面レンズ（３２ａ〜３２ｄ）等を使用して、８の字状の遅延光路を通過させ、再びビームスプリッタ（１１）で合成することで、出力されるレーザー光のパルス幅を伸張する技術が記載されている。すなわち、通過する光路長を変化させることで、パルス幅を伸張する技術が記載されている。 In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-148550), a part of a general laser beam separated by a beam splitter (11) is converted into a plurality of reflecting mirrors (12a to 12d) and a plurality of prisms. (22a to 22d), a plurality of convex lenses (32a to 32d), etc. are used to pass through the 8-shaped delayed optical path, and are again synthesized by the beam splitter (11), so that the output laser light A technique for extending the pulse width is described. That is, a technique for extending the pulse width by changing the length of the optical path that passes is described.
特許文献２（特開２００４−５５６２６号公報）には、超短パルスレーザー（１）から出たパルス光を、ビームスプリッタ２で分離して、分離されたパルス光を一対の回折格子対（８、９）を有するパルス幅制御装置内（７）に導入し、回折格子（８、９）で回折された際に、パルス光に含まれる波長成分が分解され、短波長側と長波長側で異なる距離の光路を通過した後で合成されることで、パルス幅を広げる技術が記載されている。このとき、回折格子対（８、９）の距離を可変として、回折格子対（８、９）の距離を制御することで、パルス幅を任意の幅に制御している。 In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-55626), pulse light emitted from an ultrashort pulse laser (1) is separated by a beam splitter 2, and the separated pulse light is separated into a pair of diffraction grating pairs (8 9), the wavelength component contained in the pulsed light is decomposed when it is diffracted by the diffraction grating (8, 9), and is divided into the short wavelength side and the long wavelength side. A technique for expanding the pulse width by combining after passing through optical paths of different distances is described. At this time, the pulse width is controlled to an arbitrary width by changing the distance between the diffraction grating pair (8, 9) and controlling the distance between the diffraction grating pair (8, 9).
また、特許文献２には、回折格子対（１１、１２）の間隔を固定して、回折格子で回折されたパルス光が通過するスリット（１４）を設け、スリット（１４）の幅を可変にすることで、パルス幅を変化させる技術が記載されている。
さらに、特許文献２には、三角プリズム対（１５、１６）で分光されて光路の距離が変化したパルス光を、幅が可変のスリット（１４）を使用することでパルス幅を制御する技術が記載されている。
また、特許文献２には、光ファイバの波長分散特性を利用してパルス幅を広げる技術も記載されている。
Further, Patent Document 2 includes a slit (14) through which pulsed light diffracted by the diffraction grating passes, with the gap between the diffraction grating pair (11, 12) fixed, and the width of the slit (14) can be varied. Thus, a technique for changing the pulse width is described.
Furthermore, Patent Document 2 discloses a technique for controlling the pulse width of the pulsed light that has been split by the triangular prism pair (15, 16) and whose optical path distance has changed by using a slit (14) having a variable width. Have been described.
Patent Document 2 also describes a technique for expanding the pulse width using the wavelength dispersion characteristics of an optical fiber.
（従来技術の問題点）
前記特許文献１記載の技術では、８の字の光路に応じて設定された特定のパルス幅に変化させることは可能であるが、パルス幅を連続的に変化させることはできない問題がある。
特許文献２記載の技術では、回折格子やプリズムを使用した場合、現実には光路差が小さいため、パルス幅の微調整は可能であるが、パルス幅を大きく変化させようとすると、装置が大型化する問題がある。例えば、プリズムを使用する場合において、最初のプリズム（１５）への入射角を４８．８５°、プリズム（１５、１６）の間の間隔を１０ｃｍとした場合、計算すると、変化可能なパルス幅は最大でも１．１２ｆｓ（フェムト秒）程度であり、スリットを制御すると、これよりもさらに小さくなるため、パルス幅の微調整しかできなかった。したがって、例えば、パルス幅を１０ｆｓ変化させようとすると、プリズム間の間隔が数ｍ程度必要となり、１００ｆｓ変化させようとすると、数十ｍ必要となる。
(Problems of conventional technology)
In the technique described in Patent Document 1, it is possible to change the pulse width to a specific pulse width set according to the optical path of the figure 8, but there is a problem that the pulse width cannot be changed continuously.
In the technique described in Patent Document 2, when a diffraction grating or a prism is used, since the optical path difference is actually small, fine adjustment of the pulse width is possible. However, if the pulse width is changed greatly, the apparatus becomes large. There is a problem. For example, in the case of using a prism, when the incident angle to the first prism (15) is 48.85 ° and the distance between the prisms (15, 16) is 10 cm, the changeable pulse width is calculated as follows. The maximum is about 1.12 fs (femtosecond), and when the slit is controlled, it becomes even smaller than this, so that only fine adjustment of the pulse width could be performed. Therefore, for example, if the pulse width is changed by 10 fs, the interval between the prisms is required to be about several meters, and if it is changed by 100 fs, several tens of meters are required.
したがって、特許文献１、２記載の技術のように、レーザー光が通過する空気中の光路長を制御し、光路差によりパルス幅を制御する技術では、時間差が非常に小さくなってしまうため、パルス幅を１０ｆｓ〜１００ｆｓ〜１０００ｆｓ範囲で任意のパルス幅に制御するには、装置が大型化する問題がある。 Therefore, in the technique of controlling the optical path length in the air through which the laser beam passes and controlling the pulse width by the optical path difference as in the techniques described in Patent Documents 1 and 2, the time difference becomes very small. In order to control the width to an arbitrary pulse width in the range of 10 fs to 100 fs to 1000 fs, there is a problem that the apparatus becomes large.
本発明は、前述の事情に鑑み、小型の装置で、１０〜１０００フェムト秒オーダーの範囲でパルス幅を連続的に変化させることを技術的課題とする。 In view of the above-mentioned circumstances, the present invention has a technical problem of continuously changing the pulse width in a range of the order of 10 to 1000 femtoseconds with a small device.
前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明のパルス幅制御装置は、
レーザー光の光路に対して傾斜して配置され且つ前記レーザー光が入射される入射辺と、前記光路に対して傾斜し且つ前記入射辺に対して傾斜する出射辺とを有し、前記レーザー光の光路上に配置されて内部を前記レーザー光が透過するレーザー光透過素子と、
前記レーザー光透過素子内を通過する光路に対して傾斜する素子移動方向に前記レーザー光透過素子を移動可能に支持する素子移動装置と、
前記素子移動装置の移動量を制御して、前記レーザー光透過素子内を通過するレーザー光の光路長を制御し、出力されるレーザー光のパルス幅を変化させるパルス幅制御手段と、
を備え、
前記レーザー光透過素子は、直角二等辺三角柱状の第１プリズム、第２プリズム、第３プリズムおよび第４プリズムからなり、
前記第１プリズムは、直角二等辺三角形の斜辺により構成された第１の前記入射辺に前記レーザー光が入射されると共に、前記レーザー光の入射光路に対して直交して配置された第１の前記出射辺から前記レーザー光が出射され、
前記第２プリズムは、前記レーザー光の入射光路に対して直交し且つ前記第１の出射辺に沿って配置された第２の前記入射辺から前記レーザー光が入射され、直角二等辺三角形の斜辺により構成された第２の前記出射辺から前記レーザー光が出射され、
前記第３プリズムは、前記入射光路に対して直交する線分を基準として前記第２プリズムに対して線対称に配置されると共に、直角二等辺三角形の斜辺により構成された第３の前記入射辺に前記レーザー光が入射されると共に、前記レーザー光の入射光路に対して直交して配置された第３の前記出射辺から前記レーザー光が出射され、
前記第４プリズムは、前記入射光路に対して直交する線分を基準として前記第１プリズムに対して線対称に配置されると共に、前記入射光路に対して直交し且つ前記第３の出射辺に沿って配置された第４の前記入射辺から前記レーザー光が入射され、直角二等辺三角形の斜辺により構成された第４の前記出射辺から前記レーザー光が出射され、
前記素子移動装置は、前記第１プリズムおよび第４プリズムを前記入射光路に対して直交する方向に移動させる第１のプリズム移動装置と、前記第２プリズムおよび第３プリズムを前記入射光路に対して直交する方向に移動させる第２のプリズム移動装置と、を有する
ことを特徴とする。
In order to solve the technical problem, the pulse width control device according to claim 1 comprises:
A laser beam having an incident side that is inclined with respect to an optical path of the laser beam and into which the laser beam is incident; and an output side that is inclined with respect to the optical path and that is tilted with respect to the incident side. A laser light transmitting element that is disposed on the optical path of the laser light and transmits the laser light through the inside,
An element moving device for movably supporting the laser light transmitting element in an element moving direction inclined with respect to an optical path passing through the laser light transmitting element;
Controlling the amount of movement of the element moving device, controlling the optical path length of the laser light passing through the laser light transmitting element, and changing the pulse width of the output laser light; and
Equipped with a,
The laser light transmitting element comprises a first prism, a second prism, a third prism, and a fourth prism having a right isosceles triangular prism shape,
The first prism is configured such that the laser light is incident on the first incident side formed by a hypotenuse of an isosceles right triangle, and the first prism is disposed orthogonal to the incident optical path of the laser light. The laser beam is emitted from the emission side,
The second prism receives the laser light from the second incident side that is orthogonal to the incident optical path of the laser light and is disposed along the first emission side, and the hypotenuse of a right-angled isosceles triangle The laser beam is emitted from the second emission side constituted by:
The third prism is arranged in line symmetry with respect to the second prism with respect to a line segment orthogonal to the incident optical path, and is configured by a third oblique incidence composed of a hypotenuse of an isosceles right triangle. The laser beam is incident on a side, and the laser beam is emitted from the third emission side arranged orthogonal to the incident optical path of the laser beam,
The fourth prism is arranged symmetrically with respect to the first prism with respect to a line segment orthogonal to the incident optical path, and is orthogonal to the incident optical path and the third emission. The laser light is incident from the fourth incident side arranged along the side, and the laser light is emitted from the fourth emission side constituted by the oblique sides of a right-angled isosceles triangle,
The element moving device includes: a first prism moving device that moves the first prism and the fourth prism in a direction orthogonal to the incident optical path; and the second prism and the third prism that are used as the incident optical path. And a second prism moving device that moves in a direction perpendicular to the second direction.
It is characterized by that.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパルス幅制御装置において、
パルス幅がフェムト秒のフェムト秒レーザー光により構成された前記レーザー光を使用することを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the pulse width control device according to claim 1 ,
The laser light comprising a femtosecond laser beam having a pulse width of femtosecond is used.
前記技術的課題を解決するために、請求項３に記載の発明のレーザー照射装置は、
レーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光源装置から出射されたレーザー光の光路上に配置され、レーザー光源装置からのレーザー光のパルス幅を制御する請求項１または２に記載のパルス幅制御装置と、
を備えたことを特徴とする。
In order to solve the technical problem, the laser irradiation apparatus of the invention according to claim 3 ,
A laser light source that emits laser light;
Wherein arranged in the laser light source device optical path of the emitted laser light from a pulse width control device according to claim 1 or 2 for controlling the pulse width of the laser beam from the laser light source device,
It is provided with.
請求項１、３に記載の発明によれば、レーザー光透過素子内を透過する際のレーザー光に含まれる波長成分の速度差と、パルス幅制御手段により制御された光路長とに応じて、レーザー光の波長成分の間に発生する時間差を制御することができ、従来の構成に比べて、小型の構成で、レーザー光のパルス幅を広い範囲で制御することができる。
また、請求項１、３に記載の発明によれば、４つのプリズムを使用することで、光路長を制御することができると共に、レーザー光の４つのプリズムに対する入射光路と出射光路とを同軸上にすることができ、既設の装置の光路上に容易に組み込むことができる。
請求項２に記載の発明によれば、フェムト秒レーザー光のパルス幅を広い範囲で制御することができる。
According to the first and third aspects of the invention, according to the speed difference of the wavelength component contained in the laser light when passing through the laser light transmitting element and the optical path length controlled by the pulse width control means, The time difference generated between the wavelength components of the laser beam can be controlled, and the pulse width of the laser beam can be controlled in a wide range with a smaller configuration than the conventional configuration.
According to the first and third aspects of the invention, the optical path length can be controlled by using the four prisms, and the incident light path and the outgoing light path of the laser light with respect to the four prisms are coaxial. And can be easily integrated into the optical path of existing equipment.
According to the second aspect of the present invention, the pulse width of the femtosecond laser beam can be controlled in a wide range.
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例としての実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、矢印Ｘ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ，Ｚ，−Ｚで示す方向または示す側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、下方、または、前側、後側、右側、左側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
Next, examples as specific examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
In order to facilitate understanding of the following description, in the drawings, the front-rear direction is the X-axis direction, the left-right direction is the Y-axis direction, the up-down direction is the Z-axis direction, and arrows X, -X, Y, -Y, The direction indicated by Z and -Z or the indicated side is defined as the front side, the rear side, the right side, the left side, the upper side, the lower side, or the front side, the rear side, the right side, the left side, the upper side, and the lower side, respectively.
In the figure, “•” in “○” means an arrow heading from the back of the page to the front, and “×” in “○” is the front of the page. It means an arrow pointing from the back to the back.
図１は本発明の実施例１のパルス幅制御装置を含むレーザー照射装置の全体説明図である。
図１において、本発明の実施例１のレーザー照射装置１は、レーザー光の一例であってパルス幅がフェムト秒のフェムト秒レーザー光を出射するフェムト秒レーザー光源２を有する。フェムト秒レーザー光源２から出射されたフェムト秒レーザー光３は、パルス幅制御装置４に入射される。パルス幅制御装置４に入射されたフェムト秒レーザー光３は、パルス幅制御装置４でパルス幅が制御されて、被照射物の一例としての試料Ｓに照射される。
FIG. 1 is an overall explanatory view of a laser irradiation apparatus including a pulse width control apparatus according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a laser irradiation apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention includes a femtosecond laser light source 2 that emits femtosecond laser light that is an example of laser light and has a pulse width of femtoseconds. The femtosecond laser light 3 emitted from the femtosecond laser light source 2 is incident on the pulse width controller 4. The femtosecond laser light 3 incident on the pulse width control device 4 is irradiated on a sample S, which is an example of an object to be irradiated, with the pulse width controlled by the pulse width control device 4.
図２は実施例１のパルス幅制御装置の斜視説明図である。
図２において、パルス幅制御装置４は、上方に配置された第１のプリズム移動装置１１と、下方に配置された第２のプリズム移動装置１２とからなる素子移動装置１３を有する。
第１のプリズム移動装置１１は、上下方向に延びる第１のエアシリンダ１６と、第１のエアシリンダ１６により上下方向に移動可能に支持された第１のプリズム支持ステージ１７とを有する。前記第１のプリズム支持ステージ１７は、略Ｕ字形状に形成されており、Ｕ字状の第１のプリズム支持ステージ１７の２つの上端部には、第１の素子支持部の一例として、前方に折り曲げられた形状の第１のプリズム支持部１７ａ，１７ｂが形成されている。左側の第１のプリズム支持部１７ａには、レーザー光透過素子の一例としての第１プリズム１８が固定支持されている。
FIG. 2 is an explanatory perspective view of the pulse width control apparatus according to the first embodiment.
In FIG. 2, the pulse width control device 4 includes an element moving device 13 including a first prism moving device 11 disposed above and a second prism moving device 12 disposed below.
The first prism moving device 11 includes a first air cylinder 16 that extends in the vertical direction, and a first prism support stage 17 that is supported by the first air cylinder 16 so as to be movable in the vertical direction. The first prism support stage 17 is formed in a substantially U shape, and two upper ends of the U-shaped first prism support stage 17 are arranged as a front part as an example of a first element support unit. The first prism support portions 17a and 17b are formed in a bent shape. A first prism 18 as an example of a laser beam transmitting element is fixedly supported on the left first prism support portion 17a.
前記第１プリズム１８は、直角二等辺三角柱状に形成されており、フェムト秒レーザー光３の入射光路３ａに対して入射辺としての第１斜辺１８ａが４５°傾斜した状態で配置されている。すなわち、実施例１ではフェムト秒レーザー光３の第１プリズム１８への入射角は４５°となっている。
したがって、第１プリズム１８の残りの二辺は、出射辺としての第１垂直辺１８ｂが上下方向（入射光路３ａに対して垂直に傾斜した方向）に沿って配置されると共に、残りの第１水平辺１８ｃが水平方向（入射光路３ａに沿った）方向に配置されている。したがって、実施例１では、フェムト秒レーザー光３は、第１斜辺１８ａから入射し、第１プリズム１８内を透過して、第１垂直辺１８ｂから出射される。
The first prism 18 is formed in a right isosceles triangular prism shape, and is arranged in a state where the first oblique side 18a as the incident side is inclined by 45 ° with respect to the incident optical path 3a of the femtosecond laser beam 3. That is, in Example 1, the incident angle of the femtosecond laser beam 3 on the first prism 18 is 45 °.
Therefore, the remaining two sides of the first prism 18 are arranged such that the first vertical side 18b as the emission side is arranged in the vertical direction (direction inclined perpendicular to the incident optical path 3a) and the remaining first side. The horizontal side 18c is arranged in the horizontal direction (along the incident optical path 3a). Therefore, in the first embodiment, the femtosecond laser light 3 enters from the first oblique side 18a, passes through the first prism 18, and is emitted from the first vertical side 18b.
右側の第１のプリズム支持部１７ｂには、レーザー光透過素子の一例としての第４プリズム１９が固定支持されている。第４プリズム１９は、前記第１プリズム１８と同様に直角二等辺三角柱状に形成されており、第１プリズム１８に対して左右対称、すなわち、入射光路３ａに垂直な線分を基準にして線対称に配置されており、第４斜辺１９ａ、第４垂直辺１９ｂ、第４水平辺１９ｃを有する。したがって、実施例１の第４プリズム１９は、入射辺としての第４垂直辺１９ｂからフェムト秒レーザー光３が入射され、出射辺としての第４斜辺１９ａから出射されるように配置されている。 A fourth prism 19 as an example of a laser beam transmitting element is fixedly supported on the first prism support portion 17b on the right side. The fourth prism 19 is formed in a right isosceles triangular prism shape like the first prism 18, and is symmetrical with respect to the first prism 18, that is, a line with reference to a line segment perpendicular to the incident optical path 3a. They are arranged symmetrically and have a fourth hypotenuse 19a, a fourth vertical side 19b, and a fourth horizontal side 19c. Therefore, the fourth prism 19 of the first embodiment is arranged such that the femtosecond laser light 3 is incident from the fourth vertical side 19b as the incident side and is emitted from the fourth oblique side 19a as the emission side.
第２のプリズム移動装置１２は、第１のエアシリンダ１６の側方に配置された上下方向に延びる第２のエアシリンダ２１と、前記第２のエアシリンダ２１により上下方向に移動可能に支持された側面から見た場合に略Ｌ字形に折り曲げられた板状の第２のプリズム支持ステージ２２と、を有する。前記第２のプリズム支持ステージ２２は、第２の素子支持部の一例としての第２のプリズム支持部２２ａを有し、第２のプリズム支持部２２ａの下面には、レーザー光透過素子の一例としての第２プリズム２３および第３プリズム２４とが固定支持されている。 The second prism moving device 12 is supported by a second air cylinder 21 that is disposed on the side of the first air cylinder 16 and that extends in the vertical direction, and is movable by the second air cylinder 21 in the vertical direction. And a plate-like second prism support stage 22 bent into a substantially L shape when viewed from the side. The second prism support stage 22 has a second prism support part 22a as an example of a second element support part, and an under surface of the second prism support part 22a is an example of a laser light transmitting element. The second prism 23 and the third prism 24 are fixedly supported.
前記第２プリズム２３は、前記第１プリズム１８、第４プリズム１９と同様に直角二等辺三角柱状に形成されており、第１プリズム１８に対して左右対称且つ上下対称に配置されている。第２プリズム２３は、第２斜辺２３ａ、第２垂直辺２３ｂ、第２水平辺２３ｃを有し、第２垂直辺２３ｂが第１プリズム１８の第１垂直辺１８ｂに対して近接し且つ平行な状態となるように、第２プリズム２３は配置されている。したがって、実施例１の第２プリズム２３では、入射辺としての第２垂直辺２３ｂからフェムト秒レーザー光３が入射され、出射辺としての第２斜辺２３ａから出射される。 The second prism 23 is formed in a right isosceles triangular prism shape like the first prism 18 and the fourth prism 19, and is arranged symmetrically and vertically symmetrically with respect to the first prism 18. The second prism 23 has a second oblique side 23a, a second vertical side 23b, and a second horizontal side 23c, and the second vertical side 23b is close to and parallel to the first vertical side 18b of the first prism 18. The 2nd prism 23 is arrange | positioned so that it may be in a state. Therefore, in the second prism 23 of the first embodiment, the femtosecond laser beam 3 is incident from the second vertical side 23b as the incident side and is emitted from the second oblique side 23a as the emission side.
前記第３プリズム２４は、各プリズム１８、１９、２３と同様に直角二等辺三角柱状に形成されており、第２プリズム２３に対して左右対称、すなわち、入射光路３ａに垂直な線分を基準にして線対称に配置されている。第３プリズム２４は、第３斜辺２４ａ、第３垂直辺２４ｂ、第３水平辺２４ｃを有し、第３垂直辺２３ｂが第４プリズム１９の第４垂直辺１９ｂに対して近接し且つ平行な状態となるように、第３プリズム２４は配置されている。したがって、実施例１の第２プリズム２３では、入射辺としての第３斜辺２４ａからフェムト秒レーザー光３が入射され、出射辺としての第３垂直辺２４ｂから出射される。 The third prism 24 is formed in a right isosceles triangular prism shape like each of the prisms 18, 19 and 23, and is symmetrical with respect to the second prism 23, that is, based on a line segment perpendicular to the incident optical path 3a. Are arranged in line symmetry. The third prism 24 has a third oblique side 24 a, a third vertical side 24 b, and a third horizontal side 24 c, and the third vertical side 23 b is close to and parallel to the fourth vertical side 19 b of the fourth prism 19. The third prism 24 is arranged so as to be in a state. Therefore, in the second prism 23 of the first embodiment, the femtosecond laser light 3 is incident from the third oblique side 24a as the incident side and is emitted from the third vertical side 24b as the emission side.
図１、図２において、前記パルス幅制御装置４には、情報処理装置であって、パルス幅制御手段の一例としてのパーソナルコンピュータＰＣが接続されている。したがって、パルス幅制御装置４のエアシリンダ１６，２１は、パーソナルコンピュータＰＣから入力される制御信号に基づいて移動量が制御され、各プリズム１８，１９，２３，２４の光路３ａに対する上下方向の位置が制御される。
なお、実施例１では、プリズム１８，１９，２３，２４を移動させる装置として、エアシリンダ１６，２１を例示したが、この構成に限定されず、油圧シリンダや、モータとギアとの組み合わせ等、任意の移動機構を採用することが可能である。
1 and 2, the pulse width control device 4 is connected to a personal computer PC, which is an information processing device and is an example of pulse width control means. Therefore, the air cylinders 16 and 21 of the pulse width control device 4 are controlled in the amount of movement based on the control signal input from the personal computer PC, and the vertical positions of the prisms 18, 19, 23 and 24 with respect to the optical path 3a. Is controlled.
In the first embodiment, the air cylinders 16 and 21 are illustrated as devices for moving the prisms 18, 19, 23, and 24. However, the present invention is not limited to this configuration, and a hydraulic cylinder, a combination of a motor and a gear, etc. Any moving mechanism can be employed.
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１のレーザー照射装置１では、エアシリンダ１６、２１を作動させて、プリズム１８，１９，２３，２４を光路３ａに対して移動させることで、レーザー光３が透過する光路長を連続的に制御される。
前記パルス幅制御装置４に入力されたフェムト秒レーザー光３は、パルス幅制御装置４のプリズム１８，１９，２３，２４を透過する際に、波長毎にプリズム中を進む速度が異なる（スネルの法則、屈折の法則）。したがって、プリズム１８，１９，２３，２４を通過する各波長の光に速度差が発生し、通過する時間に差が発生し、通過時間の差に応じて、パルス幅が広がる。
(Operation of Example 1)
In the laser irradiation apparatus 1 according to the first embodiment having the above-described configuration, the air cylinders 16 and 21 are operated to move the prisms 18, 19, 23, and 24 with respect to the optical path 3a, so that the laser light 3 is transmitted. The optical path length is continuously controlled.
When the femtosecond laser light 3 input to the pulse width control device 4 passes through the prisms 18, 19, 23, and 24 of the pulse width control device 4, the speed of traveling through the prism differs for each wavelength (Snell's). Law, law of refraction). Accordingly, a speed difference is generated in the light of each wavelength passing through the prisms 18, 19, 23, and 24, a difference occurs in the passing time, and the pulse width is increased according to the difference in the passing time.
図３は実施例１のプリズムをレーザー光が透過する状態の説明図であり、図３Ａはフェムト秒レーザー光がプリズムで屈折する状態の説明図、図３Ｂはフェムト秒レーザー光の一例としてのピークが７８０ｎｍのレーザー光が第１プリズムで屈折する説明図である。
図３において、例えば、ピークが７８０ｎｍの赤色のフェムト秒レーザー（チタン・サファイアレーザ）を使用し、等辺１８ｂ，１８ｃの長さＬが５ｃｍのプリズムを使用した場合を例として考える。
ピークが７８０ｎｍの赤色のレーザー光は、近傍の７６０ｎｍ〜８００ｎｍの波長成分も含まれており、波長７６０ｎｍの屈折率をｎ760とし、波長８００ｎｍの屈折率をｎ800とし、空気中の光速をｖ０とし、プリズム中の波長７６０ｎｍの光速をｖ７６０とし、プリズム中の波長８００ｎｍの光速をｖ８００とすると、スネルの法則から、以下の式（１）、（２）が成立する。
ｖ７６０＝ｖ０／ｎ７６０＝１．９８３３×１０８［ｍ／ｓ］ …式（１）
ｖ８００＝ｖ０／ｎ８００＝１．９８４４×１０８［ｍ／ｓ］ …式（２）
なお、式（１）、（２）における数値は、屈折率ｎ760，ｎ800として硼袿酸ガラスの屈折率を使用して計算をした。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a state in which laser light is transmitted through the prism of Example 1, FIG. 3A is an explanatory diagram of a state in which femtosecond laser light is refracted by the prism, and FIG. 3B is a peak as an example of femtosecond laser light. Is an explanatory diagram in which laser light having a wavelength of 780 nm is refracted by a first prism.
In FIG. 3, for example, consider a case where a red femtosecond laser (titanium / sapphire laser) having a peak of 780 nm is used, and a prism having a length L of equal sides 18b and 18c of 5 cm is used.
The red laser beam having a peak of 780 nm also includes nearby wavelength components of 760 nm to 800 nm, the refractive index of the wavelength 760 nm is n 760 , the refractive index of the wavelength 800 nm is n 800, and the speed of light in the air is v. Assuming that 0 , the speed of light at a wavelength of 760 nm in the prism is v 760, and the speed of light at a wavelength of 800 nm in the prism is v 800 , the following formulas (1) and (2) are established from Snell's law.
v 760 = v 0 / n 760 = 1.9833 × 10 8 [m / s] (1)
v 800 = v 0 / n 800 = 1.9844 × 10 8 [m / s] (2)
The numerical values in the equations (1) and (2) were calculated using the refractive index of borosilicate glass as the refractive indexes n 760 and n 800 .
実施例１の構成では、第１プリズム１８への入射角は共にθｉ＝４５°であり、波長７６０ｎｍの屈折角をθｒ760とし、波長８００ｎｍの屈折角をθｒ800とし、第１プリズム１８の入射光路３ａから上端までの距離をｘ１とした場合、波長７６０ｎｍの光の通過する光路Ｌ７６０および波長８００ｎｍの光の通過する光路Ｌ８００は、正弦定理から、式（３）、（４）で導出される。
Ｌ７６０＝ｘ１／ｓｉｎ（θｒ７６０＋４５°） …式（３）
Ｌ８００＝ｘ１／ｓｉｎ（θｒ８００＋４５°） …式（４）
なお、屈折角θｒは、スネルの法則から、以下の式（５）、（５′）で導出される。
ｓｉｎθｉ／ｓｉｎθｒ７６０＝ｖ０／ｖ７６０ …式（５）
ｓｉｎθｉ／ｓｉｎθｒ８００＝ｖ０／ｖ８００ …式（５′）
なお、他のプリズム１９，２３，２４についても、式（３）、（４）と同様にして光路を導出することが可能であるため、詳細な説明は省略する。
前記式（３）、（４）において、ｘ１が１［ｃｍ］の場合、Ｌ７６０＝１．０４６３ｃｍ、Ｌ８００＝１．０４６２ｃｍであり、光路差はほとんどない。また、θr760とθr800の角度差もほとんど無視できる。
In the configuration of Example 1, the incident angles to the first prism 18 are both θ i = 45 °, the refraction angle of the wavelength 760 nm is θ r760 , the refraction angle of the wavelength 800 nm is θ r800, and If the distance from the incident light path 3a to the upper end and the x 1, the optical path L 800 of passage of light of the light path L 760 and wavelength 800nm to pass light with a wavelength of 760nm from the sine theorem, formula (3), (4) Is derived by
L 760 = x 1 / sin ( θ r760 + 45 °) ... Equation (3)
L 800 = x 1 / sin (θ r800 + 45 °) Equation (4)
The refraction angle θ r is derived from the following formulas (5) and (5 ′) from Snell's law.
sin θ i / sin θ r760 = v 0 / v 760 (5)
sin θ i / sin θ r800 = v 0 / v 800 (5 ′)
For the other prisms 19, 23, and 24, the optical path can be derived in the same manner as in equations (3) and (4), and thus detailed description thereof is omitted.
In the above formulas (3) and (4), when x1 is 1 [cm], L 760 = 1.0463 cm and L 800 = 1.0462 cm, and there is almost no optical path difference. Also, the angle difference between θr 760 and θr800 can be almost ignored.
図４はプリズムの移動範囲の説明図であり、図４Ａは光路長が最小になる最小光路長位置にプリズムが移動した状態の説明図、図４Ｂは光路長が最大になる最大光路長位置にプリズムが移動した状態の説明図である。
図５は実施例１の構成における時間差の計算結果の一覧表である。
式（１）、（２）で導出されたプリズム内の各波長の速度と、式（３）〜（５）等を使用して導出されたプリズム内の光路の合計（光路長）と、に基づいて、時間差を計算すると、図４Ａに示すように光路長が最小（ｘ１が１ｃｍ程度に設定）の場合、図５に示すように波長７６０ｎｍの通過時間が３０６．５７ｐｓ（ピコ秒）であり、波長８００ｎｍの通過時間が３０６．４４ｐｓであった。したがって、時間差は１３０ｆｓとなる。また、図４Ｂに示すように、光路長が最大（ｘ１が４ｃｍ程度に設定）の場合、波長７６０ｎｍの通過時間が８０６．７５ｐｓ、波長８００ｎｍの通過時間が８０６．４３ｐｓで、時間差は３２０ｆｓとなる。したがって、例示した構成の場合、１３０ｆｓ〜３２０ｆｓの範囲で、パルス幅を変化させることが可能であることがわかる。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the movement range of the prism, FIG. 4A is an explanatory diagram of the state where the prism has moved to the minimum optical path length position where the optical path length is minimum, and FIG. 4B is the maximum optical path length position where the optical path length is maximum. It is explanatory drawing of the state which the prism moved.
FIG. 5 is a list of time difference calculation results in the configuration of the first embodiment.
The speed of each wavelength in the prism derived by the equations (1) and (2) and the total (optical path length) of the optical paths in the prism derived using the equations (3) to (5) Based on the calculation of the time difference, when the optical path length is minimum (x1 is set to about 1 cm) as shown in FIG. 4A, the passing time of wavelength 760 nm is 306.57 ps (picosecond) as shown in FIG. The transit time at a wavelength of 800 nm was 306.44 ps. Therefore, the time difference is 130 fs. As shown in FIG. 4B, when the optical path length is the maximum (x1 is set to about 4 cm), the transit time at a wavelength of 760 nm is 806.75 ps, the transit time at a wavelength of 800 nm is 806.43 ps, and the time difference is 320 fs. . Therefore, in the case of the exemplified configuration, it can be seen that the pulse width can be changed in the range of 130 fs to 320 fs.
したがって、実施例１のパルス幅制御装置４では、プリズム１８，１９，２３，２４を光路３ａに対して移動させることで、レーザー光３が透過する光路長が連続的に制御され、１００ｆｓオーダで、パルス幅を任意の値だけ変化させることができる。
したがって、従来のように、分光した各波長成分の光路長の差では、空気中を通過する速度に差がほとんど無いため、時間差がほとんどなく、パルス幅を数ｆｓしか変化させられず、微調整しかできなかったが、実施例１のように、速度差が発生するプリズム中を通過する光路長を利用することで、プリズムが５ｃｍ程度の小型のものでも、１００ｆｓオーダでパルス幅を制御することができる。
この結果、実施例１のパルス幅制御装置４は、従来の構成に比べて小型の構成で、１００ｆｓオーダでのパルス幅の制御を実現できる。
Therefore, in the pulse width control device 4 of the first embodiment, the optical path length through which the laser light 3 is transmitted is continuously controlled by moving the prisms 18, 19, 23, and 24 with respect to the optical path 3a. The pulse width can be changed by an arbitrary value.
Therefore, as in the prior art, there is almost no difference in the speed of passing through the air in the difference in the optical path length of each wavelength component that has been dispersed, so there is almost no time difference, and the pulse width can be changed only by a few fs, and fine adjustment However, as in the first embodiment, by using the optical path length that passes through the prism in which the speed difference occurs, the pulse width can be controlled in the order of 100 fs even if the prism is a small one of about 5 cm. Can do.
As a result, the pulse width control device 4 according to the first embodiment can realize a pulse width control in the order of 100 fs with a smaller configuration than the conventional configuration.
なお、実施例の構成では、第１プリズム１８と第４プリズム１９が線対称に配置され、第２プリズム２３と第３プリズム２４が線対称に配置され、且つ、第１プリズム１８、第２プリズム２３に対して、第３プリズム１９、第４プリズム１９が線対称に配置されているため、パルス幅制御装置４全体として、レーザー光３の入射光路３ａと、出射光路３ｂとを同軸上にすることができる。すなわち、既設の装置に組み込む場合に、レーザー光３の光路が変化せず、既設の装置の設定や位置の変更を行う必要がなく、光路上に追加して設置するだけで、容易にパルス幅を１００ｆｓのオーダで制御することができる。 In the configuration of the embodiment, the first prism 18 and the fourth prism 19 are arranged in line symmetry, the second prism 23 and the third prism 24 are arranged in line symmetry, and the first prism 18 and the second prism are arranged. 23, the third prism 19 and the fourth prism 19 are arranged in line symmetry, so that the incident light path 3a of the laser light 3 and the outgoing light path 3b are coaxially arranged as a whole of the pulse width control device 4. can do. That is, when incorporated in an existing device, the optical path of the laser beam 3 does not change, and there is no need to change the setting or position of the existing device. Can be controlled on the order of 100 fs.
また、小型で容易に設置が可能であるため、例えば、パルス幅制御装置４を２つ並べて配置することで、倍の範囲（２６０ｆｓ〜６４０ｆｓ）で制御でき、３つ並べることで１０００ｆｓ近くの範囲までパルス幅が制御できる。
なお、複数個並べなくても、パルス幅制御装置４から出射されたレーザー光３を、ミラー等で反射して、もう一度パルス幅制御装置４に入射することを何度か繰り返すことで、同様の効果を得ることが可能である。したがって、この場合は、パルス幅を１００ｆｓ程度変化させる場合は、ミラーで反射させず、１０００ｆｓ程度変化させる場合には、ミラーを使用することで、１００ｆｓ〜１０００ｆｓ程度の範囲でパルス幅を制御することができる。
In addition, since it is small and can be installed easily, for example, by arranging two pulse width control devices 4 side by side, it can be controlled in a double range (260 fs to 640 fs), and by arranging three pulse widths, a range near 1000 fs The pulse width can be controlled up to.
In addition, even if it does not arrange two or more, the laser beam 3 emitted from the pulse width control device 4 is reflected by a mirror or the like and incident on the pulse width control device 4 once again. An effect can be obtained. Therefore, in this case, when the pulse width is changed by about 100 fs, it is not reflected by the mirror, and when it is changed by about 1000 fs, the pulse width is controlled in the range of about 100 fs to 1000 fs by using the mirror. Can do.
（実験例）
図６は実験例１の装置の全体説明図である。
次に、本発明の効果を確認するための実験を行った。
実験は、実施例１の構成のパルス幅制御装置４を使用し、図６に示す実験装置を使用して行った。フェムト秒レーザ光として、パルス幅１６０ｆｓで、波長８８２ｎｍの基本波と波長４４１ｎｍの第２高調波とを含むダブルパルス光を使用した。パルス幅制御装置４から出力されたレーザー光は、第１反射鏡４１で反射され、第１ビームスプリッタ４２で、分岐される。
(Experimental example)
FIG. 6 is an overall explanatory view of the apparatus of Experimental Example 1.
Next, an experiment for confirming the effect of the present invention was performed.
The experiment was performed using the pulse width control device 4 having the configuration of Example 1 and using the experimental device shown in FIG. As the femtosecond laser light, double pulse light having a pulse width of 160 fs and including a fundamental wave having a wavelength of 882 nm and a second harmonic wave having a wavelength of 441 nm was used. The laser beam output from the pulse width control device 4 is reflected by the first reflecting mirror 41 and branched by the first beam splitter 42.
第１ビームスプリッタ４２で分岐された一方のレーザー光は、第２反射鏡４３で反射されて遅延光学素子４４に入射される。前記遅延光学素子４４は、レーザー光の光路長を制御する従来公知の素子であり、遅延用第１反射鏡４６および遅延用第２反射鏡４７を有し、第２反射鏡４３に接近、離間する方向に移動可能に構成されている。したがって、遅延光学素子４４と第２反射鏡４３との距離を制御することで、レーザー光の光路が変化し、レーザー光を遅延させることができる。遅延光学素子４４から出力されたレーザー光は、第３反射鏡４８で反射され、第２ビームスプリッタ４９に入射される。
第１ビームスプリッタ４２で分岐された他方のレーザー光は、第４反射鏡５１および第５反射鏡５２で反射されて、第２ビームスプリッタ４９に入射される。したがって、第２ビームスプリッタ４９で、レーザー光が合成され、遅延光学素子４４での遅延に応じて、一方のレーザー光と他方のレーザー光とが干渉する。
One of the laser beams branched by the first beam splitter 42 is reflected by the second reflecting mirror 43 and is incident on the delay optical element 44. The delay optical element 44 is a conventionally known element that controls the optical path length of the laser beam, and includes a delay first reflecting mirror 46 and a delay second reflecting mirror 47, and approaches and separates from the second reflecting mirror 43. It is configured to be movable in the direction of movement. Therefore, by controlling the distance between the delay optical element 44 and the second reflecting mirror 43, the optical path of the laser light is changed, and the laser light can be delayed. The laser beam output from the delay optical element 44 is reflected by the third reflecting mirror 48 and is incident on the second beam splitter 49.
The other laser beam branched by the first beam splitter 42 is reflected by the fourth reflecting mirror 51 and the fifth reflecting mirror 52 and enters the second beam splitter 49. Therefore, the laser beams are synthesized by the second beam splitter 49, and one laser beam and the other laser beam interfere with each other according to the delay in the delay optical element 44.
第２ビームスプリッタ４９から出力されたレーザー光は、非線形光学結晶の一例としてのＬＢＯ結晶５３に入力されて第２高調波の位相整合が行われ、プリズム５４で基本波と第２高調波とが分離される。分離された波長８８２ｎｍの基本波を遮光部材５６で遮光し、波長４４１ｎｍの第２高調波の強度を強度測定装置５７で測定した。
なお、実験は、パルス幅制御装置４において、光路長が最小の場合と、光路長が最大の場合で、遅延光学素子４４で遅延時間を変化させて、レーザー光の強度を測定した。測定結果を図７に示す。
The laser beam output from the second beam splitter 49 is input to an LBO crystal 53, which is an example of a nonlinear optical crystal, and phase matching of the second harmonic is performed. The fundamental wave and the second harmonic are generated by the prism 54. To be separated. The separated fundamental wave having a wavelength of 882 nm was shielded by the light shielding member 56, and the intensity of the second harmonic having a wavelength of 441 nm was measured by the intensity measuring device 57.
In the experiment, in the pulse width control device 4, the delay time was changed by the delay optical element 44 when the optical path length was the minimum and when the optical path length was the maximum, and the intensity of the laser light was measured. The measurement results are shown in FIG.
図７は実験例の実験結果のグラフであり、図７Ａは光路長が最小の場合のグラフ、図７Ｂは光路長が最大の場合のグラフである。
図７において、横軸に遅延時間(Delay time)を取り、縦軸に強度を取ると、図７に示すような測定値が測定された。測定された測定値から、従来公知の自己相関法で自己相関波形を演算し、自己相関波形からパルス幅（半値全幅）を演算した。
この結果、光路長が最小の場合は、第２高調波発生の遅延時間の半値幅から求めたパルス幅は、１９７ｆｓとなり、元々のパルス幅１６０ｆｓからの変化は小さかった。光路長が最大の場合は、パルス幅は３４９ｆｓであった。
したがって、１００ｆｓオーダでパルス幅が制御できることが確認された。
FIG. 7 is a graph of the experimental results of the experimental example, FIG. 7A is a graph when the optical path length is minimum, and FIG. 7B is a graph when the optical path length is maximum.
In FIG. 7, when the horizontal axis represents delay time and the vertical axis represents intensity, measured values as shown in FIG. 7 were measured. From the measured values, an autocorrelation waveform was calculated by a conventionally known autocorrelation method, and a pulse width (full width at half maximum) was calculated from the autocorrelation waveform.
As a result, when the optical path length is minimum, the pulse width obtained from the half-value width of the delay time of the second harmonic generation is 197 fs, and the change from the original pulse width 160 fs is small. When the optical path length was the maximum, the pulse width was 349 fs.
Therefore, it was confirmed that the pulse width can be controlled on the order of 100 fs.
図８は本発明の実施例２のパルス幅制御装置の要部説明図である。
次に、本発明の実施例２の説明をするが、この実施例２の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例２は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成されている。
図８において、実施例２のパルス幅制御装置４′では、実施例１のパルス幅制御装置４とは異なり、レーザー光透過素子として、２つのプリズム１８′，１９′を有する。実施例２の第１プリズム１８′および第２プリズム１９′は、共に同一形状の直角三角柱上に構成されており、３つの角が、９０°、３０°、６０°となっている。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a main part of the pulse width control apparatus according to the second embodiment of the present invention.
Next, the second embodiment of the present invention will be described. In the description of the second embodiment, the same reference numerals are given to the components corresponding to the components of the first embodiment, and the detailed description thereof will be given. Omitted.
The second embodiment is different from the first embodiment in the following points, but is configured in the same manner as the first embodiment in other points.
In FIG. 8, unlike the pulse width control device 4 of the first embodiment, the pulse width control device 4 ′ of the second embodiment has two prisms 18 ′ and 19 ′ as laser light transmitting elements. The first prism 18 'and the second prism 19' of Example 2 are both configured on right-angled triangular prisms having the same shape, and the three angles are 90 °, 30 °, and 60 °.
そして、第１プリズム１８′は、フェムト秒レーザー光３の入射光路３ａに対して、入射辺としての第１垂直辺１８ｂ′が直交する状態で配置されている。したがって、実施例２では、レーザー光透過素子への入射角は９０°に設定されている。第２プリズム１９′は、第１プリズム１８′の出射辺としての第１斜辺１８ａ′に平行して、入射辺としての第２斜辺１９ａ′が配置されている。そして、出射辺としての第２垂直辺１９ｂ′からフェムト秒レーザー光が出力される。
なお、実施例２では、第１プリズム１８′を支持して移動させる第１プリズム移動装置１１′は、入射光路３ａに対して、第１斜辺１８ａ′に沿った方向に第１プリズム１８′を移動可能に支持する。同様に、第２プリズム１９′を支持して移動させる第２プリズム移動装置１２′は、入射光路３ａに対して、第２斜辺１９ａ′に沿った方向に第１プリズム１９′を移動可能に支持する。
The first prism 18 ′ is arranged in a state where the first vertical side 18 b ′ as an incident side is orthogonal to the incident optical path 3 a of the femtosecond laser light 3. Therefore, in Example 2, the incident angle to the laser light transmitting element is set to 90 °. The second prism 19 'is arranged with a second oblique side 19a' as an incident side in parallel with the first oblique side 18a 'as the emission side of the first prism 18'. Then, femtosecond laser light is output from the second vertical side 19b 'as the emission side.
In the second embodiment, the first prism moving device 11 'that supports and moves the first prism 18' moves the first prism 18 'in the direction along the first oblique side 18a' with respect to the incident optical path 3a. Support in a movable manner. Similarly, the second prism moving device 12 ′ for supporting and moving the second prism 19 ′ supports the first prism 19 ′ so as to be movable in the direction along the second oblique side 19a ′ with respect to the incident optical path 3a. To do.
（実施例２の作用）
前記構成を備えた実施例２のパルス幅制御装置４′では、
フェムト秒レーザー光３がプリズム１８′，１９′を通過する際に、波長に応じて発生する速度差により、パルス幅が広がる。そして、素子移動装置１３′（１１′＋１２′）を制御して、フェムト秒レーザー光３がプリズム１８′，１９′を透過する光路長を制御することで、パルス幅を制御することができる。
なお、第１水平辺１８ｃ′および第２水平辺１９ｃ′の長さＬを３ｃｍとすると、フェムト秒レーザー光３がプリズム１８′，１９′を透過する光路長は、０ｃｍ（プリズム１８′，１９′が光路３ａから外れた状態）〜６ｃｍ（水平辺１８ｃ′，１９ｃ′の近傍を透過する状態）の範囲で制御することができる。例えば、通過する光路長が３ｃｍとして、その他の条件は実施例１と同様にして計算をすると、８４ｆｓの時間差を発生させることができ、パルス幅を８４ｆｓ広げることができる。したがって、数１０ｆｓ〜数１００ｆｓ程度の範囲でパルス幅を制御することができる。
その他、実施例２は実施例１と同様の作用、効果を有する。
(Operation of Example 2)
In the pulse width control device 4 ′ according to the second embodiment having the above-described configuration,
When the femtosecond laser light 3 passes through the prisms 18 'and 19', the pulse width is widened due to the speed difference generated according to the wavelength. Then, by controlling the element moving device 13 '(11' + 12 ') and controlling the optical path length through which the femtosecond laser light 3 passes through the prisms 18' and 19 ', the pulse width can be controlled.
If the length L of the first horizontal side 18c 'and the second horizontal side 19c' is 3 cm, the optical path length through which the femtosecond laser light 3 passes through the prisms 18 'and 19' is 0 cm (prisms 18 'and 19 'Can be controlled within a range of 6 to 6 cm (a state where light passes through the vicinity of the horizontal sides 18c' and 19c '). For example, if the optical path length is 3 cm and the other conditions are calculated in the same manner as in the first embodiment, a time difference of 84 fs can be generated and the pulse width can be increased by 84 fs. Therefore, the pulse width can be controlled in the range of about several tens fs to several hundreds fs.
In addition, the second embodiment has the same operations and effects as the first embodiment.
(変更例)
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、前記実施例において、プリズムの数や大きさ、材質は、変化させたいパルス幅の設定や、設計、仕様等に応じて、任意に変更可能である。
また、前記実施例において、フェムト秒レーザー光の入射光路３ａと出射光路とが同一軸上であることが望ましいが、プリズムの数や配置角度、ミラー（反射鏡）等を使用して同一でないように設定することも可能である。
(Change example)
As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said Example, A various change is performed within the range of the summary of this invention described in the claim. It is possible.
For example, in the above-described embodiment, the number, size, and material of the prisms can be arbitrarily changed according to the setting of the pulse width to be changed, the design, specifications, and the like.
In the above-described embodiment, it is desirable that the incident optical path 3a and the outgoing optical path of the femtosecond laser light are on the same axis, but they are not the same by using the number of prisms, the arrangement angle, a mirror (reflecting mirror), and the like. It is also possible to set as follows.
前記実施例において、パルス幅制御手段としてパーソナルコンピュータを例示したが、この構成に限定されず、制御回路（電子回路）と操作部とを有する入力制御装置を使用することも可能である。
本発明は、レーザー光としてパルス幅がフェムト秒のフェムト秒レーザー光に特に好適に使用可能であるが、フェムト秒レーザー光に限定されず、例えば、パルス幅がピコ秒（＝１０００フェムト秒）オーダのピコ秒レーザー光に対して使用することも可能である。
In the above embodiment, the personal computer is exemplified as the pulse width control means. However, the present invention is not limited to this configuration, and an input control device having a control circuit (electronic circuit) and an operation unit can also be used.
The present invention can be particularly suitably used as a laser beam for a femtosecond laser beam having a pulse width of femtosecond, but is not limited to the femtosecond laser beam. For example, the pulse width is on the order of picosecond (= 1000 femtoseconds). It is also possible to use for a picosecond laser beam.
１…レーザー照射装置、
２…フェムト秒レーザー光源、
３…フェムト秒レーザー光、
３ａ，３ｂ…光路、
４，４′…パルス幅制御装置、
１１…第１のプリズム移動装置、
１２…第２のプリズム移動装置、
１３，１３′…素子移動装置、
１８…第１プリズム、
１８，１９，２３，２４…レーザー光透過素子、
１８ａ，１９ｂ，２３ｂ，２４ａ…入射辺、
１８ｂ，１９ａ，２３ａ，２４ｂ…出射辺、
１９…第４プリズム、
２３…第２プリズム、
２４…第３プリズム、
ＰＣ…パルス幅制御手段。
1 ... Laser irradiation device,
2 ... Femtosecond laser light source,
3. Femtosecond laser light,
3a, 3b ... optical path,
4, 4 '... Pulse width control device,
11 ... first prism moving device,
12 ... Second prism moving device,
13, 13 '... element moving device,
18 ... the first prism,
18, 19, 23, 24 ... laser light transmitting element,
18a, 19b, 23b, 24a ... incident side,
18b, 19a, 23a, 24b ... emission side,
19 ... 4th prism,
23 ... second prism,
24. Third prism,
PC: Pulse width control means.
Claims (3)
前記レーザー光透過素子内を通過する光路に対して傾斜する素子移動方向に前記レーザー光透過素子を移動可能に支持する素子移動装置と、
前記素子移動装置の移動量を制御して、前記レーザー光透過素子内を通過するレーザー光の光路長を制御し、出力されるレーザー光のパルス幅を変化させるパルス幅制御手段と、
を備え、
前記レーザー光透過素子は、直角二等辺三角柱状の第１プリズム、第２プリズム、第３プリズムおよび第４プリズムからなり、
前記第１プリズムは、直角二等辺三角形の斜辺により構成された第１の前記入射辺に前記レーザー光が入射されると共に、前記レーザー光の入射光路に対して直交して配置された第１の前記出射辺から前記レーザー光が出射され、
前記第２プリズムは、前記レーザー光の入射光路に対して直交し且つ前記第１の出射辺に沿って配置された第２の前記入射辺から前記レーザー光が入射され、直角二等辺三角形の斜辺により構成された第２の前記出射辺から前記レーザー光が出射され、
前記第３プリズムは、前記入射光路に対して直交する線分を基準として前記第２プリズムに対して線対称に配置されると共に、直角二等辺三角形の斜辺により構成された第３の前記入射辺に前記レーザー光が入射されると共に、前記レーザー光の入射光路に対して直交して配置された第３の前記出射辺から前記レーザー光が出射され、
前記第４プリズムは、前記入射光路に対して直交する線分を基準として前記第１プリズムに対して線対称に配置されると共に、前記入射光路に対して直交し且つ前記第３の出射辺に沿って配置された第４の前記入射辺から前記レーザー光が入射され、直角二等辺三角形の斜辺により構成された第４の前記出射辺から前記レーザー光が出射され、
前記素子移動装置は、前記第１プリズムおよび第４プリズムを前記入射光路に対して直交する方向に移動させる第１のプリズム移動装置と、前記第２プリズムおよび第３プリズムを前記入射光路に対して直交する方向に移動させる第２のプリズム移動装置と、を有する
ことを特徴とするパルス幅制御装置。 A laser beam having an incident side that is inclined with respect to an optical path of the laser beam and into which the laser beam is incident; and an output side that is inclined with respect to the optical path and that is tilted with respect to the incident side. A laser light transmitting element that is disposed on the optical path of the laser light and transmits the laser light through the inside,
An element moving device for movably supporting the laser light transmitting element in an element moving direction inclined with respect to an optical path passing through the laser light transmitting element;
Controlling the amount of movement of the element moving device, controlling the optical path length of the laser light passing through the laser light transmitting element, and changing the pulse width of the output laser light; and
Equipped with a,
The laser light transmitting element comprises a first prism, a second prism, a third prism, and a fourth prism having a right isosceles triangular prism shape,
The first prism is configured such that the laser light is incident on the first incident side formed by a hypotenuse of an isosceles right triangle, and the first prism is disposed orthogonal to the incident optical path of the laser light. The laser beam is emitted from the emission side,
The second prism receives the laser light from the second incident side that is orthogonal to the incident optical path of the laser light and is disposed along the first emission side, and the hypotenuse of a right-angled isosceles triangle The laser beam is emitted from the second emission side constituted by:
The third prism is arranged in line symmetry with respect to the second prism with respect to a line segment orthogonal to the incident optical path, and is configured by a third oblique incidence composed of a hypotenuse of an isosceles right triangle. The laser beam is incident on a side, and the laser beam is emitted from the third emission side arranged orthogonal to the incident optical path of the laser beam,
The fourth prism is arranged symmetrically with respect to the first prism with respect to a line segment orthogonal to the incident optical path, and is orthogonal to the incident optical path and the third emission. The laser light is incident from the fourth incident side arranged along the side, and the laser light is emitted from the fourth emission side constituted by the oblique sides of a right-angled isosceles triangle,
The element moving device includes: a first prism moving device that moves the first prism and the fourth prism in a direction orthogonal to the incident optical path; and the second prism and the third prism that are used as the incident optical path. And a second prism moving device that moves in a direction perpendicular to the second direction.
A pulse width control device.
前記レーザー光源装置から出射されたレーザー光の光路上に配置され、レーザー光源装置からのレーザー光のパルス幅を制御する請求項１または２に記載のパルス幅制御装置と、
を備えたことを特徴とするレーザー照射装置。 A laser light source that emits laser light;
Wherein arranged in the laser light source device optical path of the emitted laser light from a pulse width control device according to claim 1 or 2 for controlling the pulse width of the laser beam from the laser light source device,
A laser irradiation apparatus comprising:
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