JP5853332B2 - Laser attenuator and laser generator - Google Patents
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Description
本発明は、任意に発生した１パルスのパルスレーザ光の強度を調整するためのレーザ用アッテネータに関し、特に１パルスのレーザ光における特定時間のエネルギーを選択的に低減しようとするレーザ用アッテネータ及びレーザ発生装置に係るものである。 The present invention relates to a laser attenuator for adjusting the intensity of an arbitrarily generated one-pulse pulse laser beam, and more particularly to a laser attenuator and a laser for selectively reducing energy at a specific time in one pulse laser beam. This relates to the generator.
従来のこの種のレーザ用アッテネータは、回転可能なλ／４波長板と、その後段に配置された偏光素子とで構成され、λ／４波長板を通過したレーザ光のうち、一定の偏光方向のレーザ光のみが偏光素子を通過できるようにして減光するようになっていた（例えば、特許文献１参照）。 A conventional laser attenuator of this type is composed of a rotatable λ / 4 wavelength plate and a polarizing element arranged at the subsequent stage, and has a fixed polarization direction among laser beams that have passed through the λ / 4 wavelength plate. In this case, only the laser beam is dimmed so that it can pass through the polarizing element (see, for example, Patent Document 1).
又は、レーザ光源で発生したパルスレーザの一部を透過し、その他の部分を反射又は吸収する可変ＮＤフィルタをレーザ光の光路上に配置して、パルスレーザのパルスエネルギーを所望の値に調整することができるようになっていた（例えば、特許文献２参照）。 Alternatively, a variable ND filter that transmits a part of the pulse laser generated by the laser light source and reflects or absorbs the other part is disposed on the optical path of the laser beam, and the pulse energy of the pulse laser is adjusted to a desired value. (See, for example, Patent Document 2).
しかし、このような従来のレーザ用アッテネータにおいては、いずれも、１パルスのレーザ光全体のエネルギーを低減することはできるものの、１パルスのレーザ光における特定時間のエネルギーを選択的に低減することはできなかった。したがって、例えば特定時間に過大なパルスエネルギーが放出されるようなロングパルスのレーザ光において、該特定時間のエネルギーを低減してパルス幅全体に亘って略一定のエネルギーが得られるようにすることができなかった。 However, all of these conventional laser attenuators can reduce the energy of one pulse of laser light as a whole, but can selectively reduce the energy of one pulse of laser light for a specific time. could not. Therefore, for example, in a long-pulse laser beam in which excessive pulse energy is emitted at a specific time, it is possible to reduce the energy at the specific time so as to obtain a substantially constant energy over the entire pulse width. could not.
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、１パルスのレーザ光における特定時間のエネルギーを低減しようとするレーザ用アッテネータ及びレーザ発生装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention addresses such problems and an object thereof is to provide a laser attenuator and a laser generator that attempt to reduce energy for a specific time in one pulse of laser light.
上記目的を達成するために、本発明によるレーザ用アッテネータは、パルス幅が拡大された１パルスのパルスレーザ光における特定時間内のパルスエネルギーを選択的に低減し得るようにしたレーザ用アッテネータであって、前記パルスレーザ光の光路上にクロスニコルに配置された二つの偏光素子と、前記二つの偏光素子の間に配置され、電圧の印加により内部を通過するレーザ光の偏光面を回転させる電気光学素子と、前記パルスレーザ光が前記電気光学素子中を通過中に、該電気光学素子に対する印加電圧値及び印加タイミングを制御する制御部と、を備えたものである。 In order to achieve the above object, a laser attenuator according to the present invention is a laser attenuator capable of selectively reducing the pulse energy within a specific time in a pulse laser beam having a pulse width expanded. The two polarizing elements arranged in a crossed Nicols on the optical path of the pulsed laser light, and the electric light that rotates between the two polarizing elements and rotates the polarization plane of the laser light that passes through the inside by applying a voltage. and the optical element, during passage through the pulsed laser beam in the electro-optical element, in which a control section for controlling the applied voltage and the application timing for the electro-optical element.
このような構成により、パルス幅が拡大された１パルスのパルスレーザ光の光路上にクロスニコルに配置された二つの偏光素子の間に配置された電気光学素子中を上記パルスレーザ光が通過中に、該電気光学素子に対する印加電圧値及び印加タイミングを制御部で制御し、電気光学素子の内部を通過するレーザ光の偏光面を回転させ、１パルスのレーザ光における特定時間内のパルスエネルギーを選択的に低減させる。 With such a configuration, the pulse laser beam is passing through the electro-optical element disposed between the two polarizing elements disposed in crossed Nicols on the optical path of the pulse laser beam of one pulse whose pulse width is expanded. In addition, the control unit controls the applied voltage value and the application timing to the electro-optical element, rotates the polarization plane of the laser light passing through the electro-optical element, and changes the pulse energy within a specific time in one pulse of laser light. Selectively reduce.
また、前記電気光学素子は、ポッケルスセルである。これにより、ポッケルスセルに対する印加電圧値及び印加タイミングを制御してパルスレーザ光の強度を調整する。 The electro-optic element is a Pockels cell. Thus, the intensity of the pulsed laser beam is adjusted by controlling the applied voltage value and application timing for the Pockels cell.
さらに、前記ポッケルスセルは、複数個が直列に並べて配置されている。これにより、複数個が直列に並べて配置されたポッケルスセルに対する印加電圧値及び印加タイミングを夫々制御してパルスレーザ光の強度を調整する。 Further, a plurality of the Pockels cells are arranged in series. Thus, the intensity of the pulse laser beam is adjusted by controlling the applied voltage value and the application timing for the Pockels cell in which a plurality are arranged in series.
また、本発明によるレーザ発生装置は、共振器ミラーの間にレーザ媒質と、偏光素子、λ／４波長板及びポッケルスセルから成るＱスイッチとを備え、パルス幅が拡大された１パルスのパルスレーザ光を発生するレーザ発生装置であって、前記パルスレーザ光の光路上に、クロスニコルに配置された二つの偏光素子と、前記二つの偏光素子の間に配置され、電圧の印加により内部を通過するレーザ光の偏光面を回転させる電気光学素子と、前記パルスレーザ光が前記電気光学素子中を通過中に、該電気光学素子に対する印加電圧値及び印加タイミングを制御する制御部と、を備えて構成し、前記パルスレーザ光における特定時間内のパルスエネルギーを選択的に低減し得るようにしたレーザ用アッテネータを設けたものである。 The laser generator according to the present invention further includes a laser medium between the resonator mirrors, a Q switch including a polarizing element, a λ / 4 wavelength plate, and a Pockels cell, and a one-pulse pulse laser with an expanded pulse width. A laser generating device for generating light, which is disposed between two polarizing elements arranged in crossed Nicols on the optical path of the pulse laser beam and between the two polarizing elements, and passes through the inside by application of a voltage. an electro-optical element to rotate the polarization plane of the laser light, in passing through the pulsed laser beam in the electro-optical device, comprising a control unit for controlling the applied voltage and the application timing for the electro-optical element A laser attenuator configured to selectively reduce the pulse energy within a specific time in the pulse laser beam is provided.
このような構成により、パルス幅が拡大された１パルスのパルスレーザ光の光路上にクロスニコルに配置された二つの偏光素子の間に配置された電気光学素子中を上記パルスレーザ光が通過中に、該電気光学素子に対する印加電圧値及び印加タイミングを制御部で制御し、電気光学素子の内部を通過するレーザ光の偏光面を回転させ、１パルスのレーザ光における特定時間内のパルスエネルギーを選択的に低減させる。 With such a configuration, the pulse laser beam is passing through the electro-optical element disposed between the two polarizing elements disposed in crossed Nicols on the optical path of the pulse laser beam of one pulse whose pulse width is expanded. In addition, the control unit controls the applied voltage value and the application timing to the electro-optical element, rotates the polarization plane of the laser light passing through the electro-optical element, and changes the pulse energy within a specific time in one pulse of laser light. Selectively reduce.
さらに、前記Ｑスイッチのポッケルスセルに対する印加電圧を漸減させて前記パルスレーザ光のパルス幅を拡大可能にしたものである。これにより、Ｑスイッチのポッケルスセルに対する印加電圧を漸減制御することにより、発生するパルスレーザ光のパルス幅を拡大する。 Further, the applied voltage to the Pockels cell of the Q switch is gradually reduced so that the pulse width of the pulse laser beam can be expanded. Thereby, the pulse width of the generated pulse laser beam is expanded by gradually decreasing the applied voltage to the Pockels cell of the Q switch.
さらにまた、前記ポッケルスセルに対する印加電圧の漸減勾配に、少なくとも１回の変曲点が生じるように前記印加電圧を制御する。これにより、ポッケルスセルに対する印加電圧の漸減勾配に、少なくとも１回の変曲点が生じるように印加電圧を制御することにより、発生するパルスレーザ光のパルス幅をより拡大する。 Furthermore, the applied voltage is controlled so that at least one inflection point occurs in the gradually decreasing gradient of the applied voltage to the Pockels cell. Thus, the pulse width of the generated pulsed laser beam is further expanded by controlling the applied voltage so that at least one inflection point occurs in the gradually decreasing gradient of the applied voltage to the Pockels cell.
そして、前記レーザ用アッテネータは、前記パルスレーザ光の光路上に設けられた光増幅器の下流側に設けられたものである。これにより、パルスレーザ光の光路上に設けられた光増幅器の下流側でレーザ用アッテネータにより、１パルスのレーザ光における特定時間のエネルギーを低減させる。 The laser attenuator is provided on the downstream side of the optical amplifier provided on the optical path of the pulse laser beam. Thereby, the energy of a specific time in the laser light of one pulse is reduced by the laser attenuator on the downstream side of the optical amplifier provided on the optical path of the pulse laser light.
請求項１又は４に係る発明によれば、ロングパルスのレーザ光における特定時間内の過大なエネルギーを選択的に低減することができる。したがって、パルス幅全体に亘って略一定のエネルギーが得られるようにすることができる。これにより、該レーザ光を加工に使用したとき、局所的に過大なエネルギーが集中して、加工物に焼損等のダメージを与えるのを防止することができる。 According to the invention which concerns on Claim 1 or 4, the excessive energy within the specific time in a long pulse laser beam can be reduced selectively. Therefore, substantially constant energy can be obtained over the entire pulse width. Thereby, when the laser beam is used for processing, it is possible to prevent excessive energy from being concentrated locally and causing damage such as burnout to the workpiece.
また、請求項２及び３に係る発明によれば、ポッケルスセル内を通過する直線偏光の特定時間内の偏光面を任意に回転させることができる。したがって、１パルスのレーザ光における特定時間のエネルギーを容易に低減することができる。 Moreover, according to the invention which concerns on Claim 2 and 3, the polarization plane within the specific time of the linearly polarized light which passes the inside of a Pockels cell can be rotated arbitrarily. Therefore, the energy for a specific time in one pulse of laser light can be easily reduced.
さらに、請求項５に係る発明によれば、Ｑスイッチの構成を変更することなくロングパルスのレーザ光を生成することができる。したがって、ロングパルスのレーザ発生装置の構成が簡単となり、装置の製造コストを低減することができる。 Furthermore, according to the invention which concerns on Claim 5, a long pulse laser beam can be produced | generated, without changing the structure of Q switch. Therefore, the configuration of the long pulse laser generator is simplified, and the manufacturing cost of the device can be reduced.
さらにまた、請求項６に係る発明によれば、パルス幅のより長いロングパルスのレーザ光を発生させることができる。 Furthermore, according to the invention of claim 6, a long pulse laser beam having a longer pulse width can be generated.
そして、請求項７に係る発明によれば、光増幅器の上流側に設けた場合よりも、レーザ光のＳ／Ｎを改善することができる。 And according to the invention concerning Claim 7, S / N of a laser beam can be improved rather than the case where it provides in the upstream of an optical amplifier.
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は本発明によるレーザ発生装置の実施形態を示す平面図である。このレーザ発生装置は、任意に発生した１パルスのパルスレーザ光を発生するもので、共振器１と、光増幅器２と、レーザ用アッテネータ３と、をレーザ光の進行方向上流から下流に向かってこの順に配置して備えている。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a laser generator according to the present invention. This laser generator generates an arbitrarily generated pulse laser beam, and the resonator 1, the optical amplifier 2, and the laser attenuator 3 are moved from the upstream to the downstream in the traveling direction of the laser light. Arranged in this order.
上記共振器１は、レーザ光を往復させて定在波を発生させるものであり、共振器ミラーとしてのフロントミラー４及びリアミラー５の間に、図示省略のフラッシュランプによって励起されてレーザ光を発生するレーザ媒質としての例えばＮＤ：ＹＡＧロッド６と、該ＮＤ：ＹＡＧロッド６の後方に配置され、偏光素子としての偏光ビームスプリッタ７、λ／４波長板８及びポッケルスセル９から成るＱスイッチ１０と、を備えて構成されている。 The resonator 1 generates a standing wave by reciprocating laser light, and is excited between a front mirror 4 and a rear mirror 5 as a resonator mirror by a flash lamp (not shown) to generate laser light. For example, an ND: YAG rod 6 as a laser medium to perform, and a Q switch 10 disposed behind the ND: YAG rod 6 and including a polarizing beam splitter 7, a λ / 4 wavelength plate 8 and a Pockels cell 9 as polarizing elements, , And is configured.
この場合、上記ポッケルスセル９に対する印加電圧は、図示省略の制御手段によって漸減するように制御され、パルスレーザ光のパルス幅を拡大することができるようになっている。 In this case, the voltage applied to the Pockels cell 9 is controlled so as to be gradually reduced by a control means (not shown) so that the pulse width of the pulse laser beam can be expanded.
これについて説明すると、図２（ａ）に示すように、ポッケルスセル９に対する印加電圧を急激に引き下げる通常の制御に対して、同図（ｂ）に示すようにポッケルスセル９に対する印加電圧を漸減するよう制御した場合には、パルス幅が例えば１０ｎｓから７０ｎｓへと拡大される。これは、共振器１内での発振において、Ｑスイッチ１０からの戻り出力エネルギーが時間軸で徐々に増加すると共に通常のエネルギーよりも低いため、ＮＤ：ＹＡＧロッド６内のエネルギーの取り出しもゆっくりとなり、Ｑスイッチ１０内でのパルス発振時間が伸びて出力されるパルス幅が長くなったのである。 This will be described below. As shown in FIG. 2A, the applied voltage to the Pockels cell 9 is gradually reduced as shown in FIG. 2B in contrast to the normal control in which the applied voltage to the Pockels cell 9 is suddenly reduced. In the case of such control, the pulse width is expanded from 10 ns to 70 ns, for example. This is because, in the oscillation in the resonator 1, the return output energy from the Q switch 10 gradually increases in the time axis and is lower than the normal energy, so that the energy extraction from the ND: YAG rod 6 is also slow. The pulse oscillation time in the Q switch 10 is extended and the output pulse width is increased.
さらに、ポッケルスセル９に対する印加電圧の漸減勾配に、図３に示すように、少なくとも１回の変曲点が生じるように印加電圧を制御すれば、パルス幅をさらに拡大することができる。 Furthermore, if the applied voltage is controlled so that at least one inflection point is generated in the gradually decreasing gradient of the applied voltage to the Pockels cell 9 as shown in FIG. 3, the pulse width can be further expanded.
上記共振器１の下流には、光増幅器２が設けられている。この光増幅器２は、レーザ光のパルスエネルギーを増幅して出力するもので、例えばＮＤ：ＹＡＧロッドが使用される。 An optical amplifier 2 is provided downstream of the resonator 1. The optical amplifier 2 amplifies and outputs the pulse energy of the laser light, and for example, an ND: YAG rod is used.
上記光増幅器２の下流には、レーザ用アッテネータ３が設けられている。このレーザ用アッテネータ３は、１パルスのレーザ光における特定時間のエネルギーを選択的に低減するもので、本発明のレーザ用アッテネータとなるものである。 A laser attenuator 3 is provided downstream of the optical amplifier 2. The laser attenuator 3 selectively reduces energy for a specific time in one pulse of laser light, and serves as the laser attenuator of the present invention.
上記レーザ用アッテネータ３の具体的構成例は、図４に示すように、レーザ光の光路上にクロスニコルに配置された偏光素子としての第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１１Ａ，１１Ｂと、該第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１１Ａ，１１Ｂの間に、入射する直線偏光（例えばＰ偏光）に対して光学軸が４５°を成すように配置され、電圧の印加により内部を通過するレーザ光の偏光面を回転させる電気光学素子としてのポッケルスセル１２と、該ポッケルスセル１２に対する印加電圧値及び印加タイミングを制御する制御部１３と、を備えたものである。 As shown in FIG. 4, a specific configuration example of the laser attenuator 3 includes first and second polarization beam splitters 11A and 11B serving as polarization elements arranged in a crossed Nicol manner on the optical path of the laser beam, Laser light that is disposed between the first and second polarizing beam splitters 11A and 11B so that the optical axis forms 45 ° with respect to incident linearly polarized light (for example, P-polarized light), and passes through the interior by application of voltage. The Pockels cell 12 as an electro-optical element that rotates the polarization plane of the light, and the control unit 13 that controls the applied voltage value and the application timing to the Pockels cell 12 are provided.
本実施形態において使用するポッケルスセル１２は、一例として最大−３．６ｋＶの電圧印加によりλ／４波長板の効果が得られるものであり、第１及び第２のポッケルスセル１２Ａ，１２Ｂを直列に並べて配置すると共に印加電圧を最大−３．６ｋＶで並列制御することによって、第１及び第２のポッケルスセル１２Ａ，１２Ｂの組合せでλ／２波長板の効果が得られるようになっている。この場合、第１及び第２のポッケルスセル１２Ａ，１２Ｂの印加電圧を、例えば０ｋＶ〜−３．６ｋＶまで変化させたとき、レーザ用アッテネータ３の光透過率は０％〜１００％まで変化することになる。 As an example, the Pockels cell 12 used in the present embodiment can obtain the effect of a λ / 4 wave plate by applying a voltage of up to −3.6 kV, and the first and second Pockels cells 12A and 12B are connected in series. By arranging them side by side and controlling the applied voltage in parallel at a maximum of -3.6 kV, the effect of the λ / 2 wavelength plate can be obtained by combining the first and second Pockels cells 12A and 12B. In this case, when the applied voltage of the first and second Pockels cells 12A and 12B is changed from 0 kV to -3.6 kV, for example, the light transmittance of the laser attenuator 3 changes from 0% to 100%. become.
なお、図１において、符号１４は、偏光ビームスプリッタであり、符号１５は、レーザビームの径を拡張するビームエキスパンダであり、符号１６は、反射ミラーである。 In FIG. 1, reference numeral 14 denotes a polarization beam splitter, reference numeral 15 denotes a beam expander that expands the diameter of the laser beam, and reference numeral 16 denotes a reflection mirror.
次に、このように構成されたレーザ発生装置の動作で、特にレーザ用アッテネータ３の動作について説明する。
先ず、レーザ用アッテネータ３がレーザ光の１００％を透過させる場合について説明する。この場合、レーザ用アッテネータ３の第１及び第２のポッケルスセル１２Ａ，１２Ｂには、夫々−３．６ｋＶの電圧が印加される。
Next, the operation of the laser attenuator 3 configured as described above, particularly the operation of the laser attenuator 3 will be described.
First, the case where the laser attenuator 3 transmits 100% of the laser light will be described. In this case, a voltage of −3.6 kV is applied to the first and second Pockels cells 12A and 12B of the laser attenuator 3, respectively.
このとき、レーザ用アッテネータ３に入射したレーザ光は、先ず、第１の偏光ビームスプリッタ１１Ａの反射面１７Ａにおいて、該反射面１７Ａに対する入射面に平行な偏光面を有し反射面１７Ａを透過する直線偏光（Ｐ偏光）と、上記入射面に垂直な偏光面を有し上記反射面１７Ａで反射される直線偏光（Ｓ偏光）とに分離される。 At this time, the laser light incident on the laser attenuator 3 first has a polarization surface parallel to the incident surface with respect to the reflection surface 17A on the reflection surface 17A of the first polarization beam splitter 11A and is transmitted through the reflection surface 17A. The light is separated into linearly polarized light (P-polarized light) and linearly polarized light (S-polarized light) having a polarization plane perpendicular to the incident surface and reflected by the reflecting surface 17A.
第１の偏光ビームスプリッタ１１Ａを透過したＰ偏光は、第１のポッケルスセル１２Ａに入射する。この場合、第１のポッケルスセル１２Ａは、−３．６ｋＶの電圧が印加されてλ／４波長板の効果を発揮している。したがって、第１のポッケルスセル１２Ａを通過するＰ偏光は、その偏光面が４５°だけ回転されて第１のポッケルスセル１２Ａを射出する。 The P-polarized light transmitted through the first polarization beam splitter 11A is incident on the first Pockels cell 12A. In this case, in the first Pockels cell 12A, a voltage of −3.6 kV is applied, and the effect of the λ / 4 wavelength plate is exhibited. Accordingly, the P-polarized light passing through the first Pockels cell 12A is emitted from the first Pockels cell 12A with its polarization plane rotated by 45 °.
続いて、上記直線偏光は、第２のポッケルスセル１２Ｂに入射する。このとき第２のポッケルスセル１２Ｂにも−３．６ｋＶの電圧が印加されているので、第２のポッケルスセル１２Ｂは、λ／４波長板の効果を発揮し、内部を通過する上記直線偏光の偏光面をさらに４５°回転させる。これにより、第１の偏光ビームスプリッタ１１Ａを透過したＰ偏光は、第１及び第２のポッケルスセル１２Ａ，１２Ｂにより偏光面が９０°回転されて第２の偏光ビームスプリッタ１１Ｂに入射することになる。 Subsequently, the linearly polarized light is incident on the second Pockels cell 12B. At this time, since the voltage of −3.6 kV is also applied to the second Pockels cell 12B, the second Pockels cell 12B exhibits the effect of a λ / 4 wavelength plate, and the linearly polarized light passing through the inside of the second Pockels cell 12B. The polarization plane is further rotated 45 °. As a result, the P-polarized light transmitted through the first polarizing beam splitter 11A is incident on the second polarizing beam splitter 11B after the plane of polarization is rotated by 90 ° by the first and second Pockels cells 12A and 12B. .
ここで、第１の偏光ビームスプリッタ１１Ａと第２の偏光ビームスプリッタ１１Ｂとは、クロスニコルの関係に配置されているので、各偏光ビームスプリッタ１１Ａ，１１Ｂの反射面１７Ａ，１７Ｂは、光軸を中心に互いに９０°回転した関係にある。従って、第２の偏光ビームスプリッタ１１Ｂに入射する直線偏光は、第２の偏光ビームスプリッタ１１Ｂの反射面１７Ｂに対してはＰ偏光の関係となり、該反射面１７Ｂを透過していく。 Here, since the first polarizing beam splitter 11A and the second polarizing beam splitter 11B are arranged in a crossed Nicols relationship, the reflecting surfaces 17A and 17B of the polarizing beam splitters 11A and 11B have optical axes that are the same. They are in a relationship of 90 ° rotation with respect to each other. Accordingly, the linearly polarized light incident on the second polarizing beam splitter 11B has a P-polarized relationship with respect to the reflecting surface 17B of the second polarizing beam splitter 11B, and passes through the reflecting surface 17B.
一方、第１及び第２のポッケルスセル１２Ａ，１２Ｂに電圧を印加しないときには、該ポッケルスセル１２を通過する直線偏光の偏光面は回転されないので、第１の偏光ビームスプリッタ１１Ａを透過したＰ偏光は、そのまま第２の偏光ビームスプリッタ１１Ｂに入射する。この場合、上記Ｐ偏光は、第２の偏光ビームスプリッタ１１Ｂの反射面１７Ｂに対しては、Ｓ偏光の関係になるので、該反射面１７Ｂで図４の例えば手前側（又は奥側）に反射されて図示省略の光吸収材に吸収されレーザ用アッテネータ３を射出しない。 On the other hand, when no voltage is applied to the first and second Pockels cells 12A and 12B, the polarization plane of the linearly polarized light passing through the Pockels cells 12 is not rotated, so that the P-polarized light transmitted through the first polarization beam splitter 11A is Then, it enters the second polarization beam splitter 11B as it is. In this case, the P-polarized light has an S-polarized relationship with respect to the reflecting surface 17B of the second polarizing beam splitter 11B. Therefore, the reflecting surface 17B reflects, for example, the front side (or the back side) in FIG. Thus, the laser attenuator 3 is not emitted by being absorbed by a light absorber (not shown).
このように、第１及び第２のポッケルスセル１２Ａ，１２Ｂの印加電圧を０ｋＶ〜−３．６ｋＶの間で適宜変化させて、ポッケルスセル１２を通過する直線偏光の偏光面を回転させ、第２の偏光ビームスプリッタ１１Ｂの反射面１７Ｂに対してＰ偏光の関係を成す偏光成分を取り出すことにより、レーザ用アッテネータ３を出力するレーザ光のエネルギー強度を０％〜１００％の間で調整することが可能となる。 As described above, the applied voltage of the first and second Pockels cells 12A and 12B is appropriately changed between 0 kV and −3.6 kV, and the polarization plane of the linearly polarized light passing through the Pockels cell 12 is rotated. The energy intensity of the laser beam output from the laser attenuator 3 can be adjusted between 0% and 100% by taking out the polarization component having the P polarization relationship with respect to the reflecting surface 17B of the polarizing beam splitter 11B. It becomes possible.
ところで、本発明のレーザ発生装置は、Ｑスイッチ１０のポッケルスセル９に対する印加電圧を漸減制御すると、例えば図２（ｂ）又は図３に示すように発生するレーザ光のパルス幅を拡大することができるものである。しかしながら、このようにして生成されたロングパルスのレーザ光は、特定時間内に過大なパルスエネルギーを放出するものであるため、例えば半導体基板のアモルファスシリコンをアニール処理してポリシリコン化しようとする場合に、均一なアニール処理ができないおそれがあった。 By the way, when the voltage applied to the Pockels cell 9 of the Q switch 10 is gradually controlled, the laser generator of the present invention can expand the pulse width of the laser light generated, for example, as shown in FIG. It can be done. However, the long-pulse laser beam generated in this way emits excessive pulse energy within a specific time. For example, when amorphous silicon on a semiconductor substrate is annealed to become polysilicon In addition, there is a possibility that uniform annealing cannot be performed.
そこで本発明のレーザ発生装置においては、レーザ用アッテネータ３のポッケルスセル１２に対する印加電圧値及び印加タイミングを制御することにより、１パルスのレーザ光における特定時間内のパルスエネルギーを選択的に低減して、１パルス内のレーザエネルギーを略一定にしようとするものである。以下、レーザ用アッテネータ３の上記動作を説明する。 Therefore, in the laser generator of the present invention, by controlling the applied voltage value and application timing to the Pockels cell 12 of the laser attenuator 3 , the pulse energy within a specific time in one pulse of laser light is selectively reduced. This is intended to make the laser energy within one pulse substantially constant. Hereinafter, the operation of the laser attenuator 3 will be described.
レーザ用アッテネータ３に、例えば図５（ａ）に示すような時間ｔｎ内に過大なパルスエネルギーを放出するロングパルスのレーザ光が入力する場合、例えばこのパルスエネルギーを５０％低減しようとするときには、図６（ａ）に示すように、時間ｔｎ内の第１及び第２のポッケルスセル１２Ａ，１２Ｂへの印加電圧を−１．８ｋＶとし、時間ｔｎ経過後は、−３．６ｋＶに制御する。 When a long pulse laser beam that emits excessive pulse energy within a time tn as shown in FIG. 5A is input to the laser attenuator 3, for example, when this pulse energy is to be reduced by 50%, As shown in FIG. 6A, the applied voltage to the first and second Pockels cells 12A and 12B within the time tn is set to −1.8 kV, and after the time tn has elapsed, the voltage is controlled to −3.6 kV.
これにより、図６（ｂ）に示すように、最初の時間ｔｎ内にレーザ用アッテネータ３を透過するレーザ光の透過率が５０％に低減され、時間ｔｎ経過後は、透過率が１００％となる。したがって、図５（ａ）に示すロングパルスのレーザ光は、最初の時間ｔｎ内のレーザ強度が５０％低減され、時間ｔｎ経過後のレーザ強度は、元の強度がそのまま維持されることになる。その結果、図５（ｂ）に示すように１パルス内のレーザ強度が略一定になる。 As a result, as shown in FIG. 6B, the transmittance of the laser light transmitted through the laser attenuator 3 within the first time tn is reduced to 50%, and after the time tn has passed, the transmittance is 100%. Become. Accordingly, in the long-pulse laser beam shown in FIG. 5A, the laser intensity within the first time tn is reduced by 50%, and the original intensity of the laser intensity after the elapse of time tn is maintained as it is. . As a result, as shown in FIG. 5B, the laser intensity within one pulse becomes substantially constant.
なお、上記実施形態においては、レーザ用アッテネータ３が第１及び第２のポッケルスセル１２Ａ，１２Ｂを備えた場合について説明したが、電圧の印加によりλ／２波長板の効果を発揮する電気光学素子であれば一つであってもよい。 In the above-described embodiment, the case where the laser attenuator 3 includes the first and second Pockels cells 12A and 12B has been described. However, the electro-optical element that exhibits the effect of the λ / 2 wavelength plate by applying a voltage. If so, it may be one.
また、上記実施形態においては、レーザ用アッテネータ３を光増幅器２の下流側に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限られず、光増幅器２の上流側に設けてもよい。ただし、光増幅器２の上流側に設けた場合には、選択された特定時間内の低減されたレーザエネルギーと共にノイズも後段の光増幅器２により増幅されるため、Ｓ／Ｎが悪くなる可能性がある。したがって、上記実施形態のようにレーザ用アッテネータ３は、光増幅器２の下流側に設けるのが好適である。又は、レーザ発生装置を射出したレーザ光のエネルギーを低減し得るようにレーザ用アッテネータ３を設けてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the laser attenuator 3 is provided on the downstream side of the optical amplifier 2 has been described. However, the present invention is not limited to this and may be provided on the upstream side of the optical amplifier 2. However, when provided on the upstream side of the optical amplifier 2, noise is also amplified by the subsequent optical amplifier 2 together with the reduced laser energy within the selected specific time, so that the S / N may be deteriorated. is there. Therefore, it is preferable to provide the laser attenuator 3 on the downstream side of the optical amplifier 2 as in the above embodiment. Or you may provide the laser attenuator 3 so that the energy of the laser beam which inject | emitted the laser generator can be reduced.
そして、以上の説明においては、レーザ発生装置をアニール処理に用いる場合について述べたが、本発明はこれに限られず、穴あけ加工等、他の如何なるレーザ加工に使用してもよい。 In the above description, the case where the laser generator is used for the annealing treatment has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be used for any other laser processing such as drilling.
１…共振器
２…光増幅器
３…レーザ用アッテネータ
４…フロントミラー（共振器ミラー）
５…リアミラー（共振器ミラー）
６…ＮＤ：ＹＡＧロッド（レーザ媒質）
７…偏光ビームスプリッタ（偏光素子）
８…λ／４波長板
９…ポッケルスセル
１０…Ｑスイッチ
１１Ａ…第１の偏光ビームスプリッタ（偏光素子）
１１Ｂ…第２の偏光ビームスプリッタ（偏光素子）
１２…ポッケルスセル
１２Ａ…第１のポッケルスセル
１２Ｂ…第２のポッケルスセル
１３…制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Resonator 2 ... Optical amplifier 3 ... Laser attenuator 4 ... Front mirror (resonator mirror)
5. Rear mirror (resonator mirror)
6 ... ND: YAG rod (laser medium)
7 ... Polarizing beam splitter (polarizing element)
8 ... λ / 4 wave plate 9 ... Pockels cell 10 ... Q switch 11A ... first polarization beam splitter (polarization element)
11B ... Second polarization beam splitter (polarization element)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Pockels cell 12A ... 1st Pockels cell 12B ... 2nd Pockels cell 13 ... Control part
Claims (7)
前記パルスレーザ光の光路上にクロスニコルに配置された二つの偏光素子と、
前記二つの偏光素子の間に配置され、電圧の印加により内部を通過するレーザ光の偏光面を回転させる電気光学素子と、
前記パルスレーザ光が前記電気光学素子中を通過中に、該電気光学素子に対する印加電圧値及び印加タイミングを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするレーザ用アッテネータ。 A laser attenuator capable of selectively reducing pulse energy within a specific time in a pulse laser beam of one pulse with an expanded pulse width ,
Two polarizing elements arranged in crossed Nicols on the optical path of the pulsed laser light,
An electro-optic element that is disposed between the two polarizing elements and rotates the polarization plane of the laser light that passes through the interior by applying a voltage;
During passing through the said pulsed laser beam is the electro-optical element, and a control unit for controlling the applied voltage and the application timing for the electro-optical element,
A laser attenuator characterized by comprising:
前記パルスレーザ光の光路上に、クロスニコルに配置された二つの偏光素子と、前記二つの偏光素子の間に配置され、電圧の印加により内部を通過するレーザ光の偏光面を回転させる電気光学素子と、前記パルスレーザ光が前記電気光学素子中を通過中に、該電気光学素子に対する印加電圧値及び印加タイミングを制御する制御部と、を備えて構成し、前記パルスレーザ光における特定時間内のパルスエネルギーを選択的に低減し得るようにしたレーザ用アッテネータを設けたことを特徴とするレーザ発生装置。 A laser generator that includes a laser medium between a resonator mirror and a Q switch composed of a polarizing element, a λ / 4 wavelength plate, and a Pockels cell, and generates one pulsed pulsed laser light with an expanded pulse width. ,
Two optical elements arranged in crossed Nicols on the optical path of the pulsed laser light, and an electro-optic that is arranged between the two polarizing elements and rotates the polarization plane of the laser light that passes through the inside by applying a voltage. and the element, while passing through the said pulsed laser beam is the electro-optical element, and configured to include a control unit for controlling the applied voltage and the application timing for the electro-optical element, within a specific period of time in said pulse laser beam A laser generator comprising a laser attenuator capable of selectively reducing the pulse energy of the laser.
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