JPH04111370A - レーザの出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザの出力を制御するレーザの出力制御装置
に関する。

〔従来の技術〕

レーザにおいては、出力の安定化を図るためにレーザの
出力の一部をモニタし、このモニタ出力に応して励起電
源にフィードバックをかけることが一般に行われており
、第４図（ａ）〜（Ｃ）にその従来技術を示す。

第４図（ａ）はレーザ媒質１から発せられたレーザ出力
光を出力結合ミラー２から取り出し、モニタ用の微弱光
を全反射ミラー３から取り出すようにした例であり、こ
れは全反射ミラー３を誘電体多層膜からなる干渉フィル
タにすると任意の出力結合率を得ることかできることを
利用したものである。そして、この全反射ミラー３を透
過したレーザビームを光強度検出器４に入射し、該光強
度検出器４の検出値に応じて電源５の出力制御を行って
いる。

また、第４図（ｂ）、（Ｃ）は出力結合ミラー２から出
た出力レーザ光を部分反射ミラー６に入射し、該部分反
射ミラー６によってレーザ光の一部をサンプリングし、
そのサンプリング光の光強度を光強度検出器４で検出し
、この検出値に応じてレーザの出力をフィードバック制
御するようにした例であり、同図（ｂ）、（ｃ）では部
分反射ミラー６への入射角か異なっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図（ａ）に示した従来技術では、全反射ミラー３を
透過して光強度検出器４に入射されるモニタ光の光強度
と出力結合ミラー２から出力される出力レーザ光の光強
度との間に比例関係が必ずしも成立せず、これはモニタ
光が微弱になればなるほど顕著に現れるという問題があ
る。またこの従来技術では、全反射ミラー３の劣化によ
り全反射ミラー３の出力結合比率が変化するためレーザ
の出力制御を高精度になし得ないという問題がある。

また、第４図（ｂ）、（Ｃ）のように部分反射ミラー６
により出力レーザ光の一部をサンプリングする構成では
、部分反射ミラー６を誘電体多層膜で構成した場合、前
記同様誘電体多層膜が劣化して出力結合比率が変化する
という問題がある。

さらにこの従来技術では、部分反射ミラー６にフレネル
反射を利用する場合は第５図に示すように部分反射ミラ
ー６への入射角が約１０度以上になると、Ｐ偏光成分と
Ｓ偏光成分との反射率が異なるため、偏光面の揺動が起
こると出力レーザ光とサンプリング光の光強度の比率が
変化し、出力制御が不正確になるという問題がある。

すなわち、偏光面の揺動がおこると、レーザ媒質１から
発せられたレーザ出力光のＰ偏光とＳ偏光との比率が変
化し、これをＰ偏光成分とＳ偏光成分との反射率が異な
る部分反射ミラー６を介してサンプリングしてモニタし
ようとした場合、上記部分反射ミラー６におけるＰ偏光
成分とＳ偏光成分との各反射率を予め知っていたとして
も、これら反射率から時々刻々変化する出力レーザ光と
サンプリング光の光強度の実際の比率を正確に算出する
ことは不可能である。もっとも、レーザ媒質１から発せ
られたレーザ出力光のＰ偏光とＳ偏光との比率を実際に
測定する偏光モニタを設ければ、上記出力レーザ光とサ
ンプリング光の光強度の比率を算出することは可能にな
るか、通常この偏光モニタは高価であり、この偏光モニ
タを用いると装置のコストアップの要因となる問題があ
る。

また、第４図（ｃ）の場合は、Ｐ偏光とＳ偏光との反射
率が同じになるような入射角度領域でレーザ光を部分反
射させるようにしたものであるが、この場合は第５図の
グラフからも判るように入射角を小さく設定する必要か
あり、装置が大型化するという問題かある。

この発明はこのような事情に鑑がみてなされたもので、
レーザ出力光のＰ偏光とＳ偏光との比率を実際に測定す
ることなくレーザの出力制御を高精度になし得るととも
にコンパクトなレーザの出力制御装置を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕この発明にお
いては、出力結合ミラーから出力されるレーザ光の一部
をモニタしこのモニタ出力に基ずきレーザの出力制御を
行なうレーザの出力制御装置において、前記出力結合ミ
ラーから出力されるレーザ光を部分反射する第１の部分
反射ミラーと、この第１の部分反射ミラーと路間−の部
分反射特性を有し、前記第１の部分反射ミラーに対する
レーザ光の入射角と路間−の入射角で前記第１の部分反
射ミラーの透過光を入射するとともにその入反射面（入
射光軸と反射光軸を含む面）が前記第１の部分反射ミラ
ーの入反射面と略垂直になるよう配設された第２の部分
反射ミラーと、前記第２の部分反射ミラーで反射された
レーザ光の光強度を検出する光強度検出器と、この光強
度検出器で検出された光強度に基ずきレーザの出力を制
御するレーザ出力制御手段とを具えるようにする。

かかる本発明の構成によれば、第１および第２の部分反
射ミラーの部分反射特性および入射角をそれぞれ同一に
設定しているので、第１の部分反射ミラーのＳ偏光の反
射率と第２の部分反射ミラーのＳ偏光の反射率とが同一
値になるとともに、第１の部分反射ミラーのＰ偏光の反
射率と第２の部分反射ミラーのＰ偏光の反射率とか同一
値になる。

さらに、第２の部分反射ミラーの入反射面が前記第１の
部分反射ミラーの入反射面と略垂直になるよう第１およ
び第２の部分反射ミラーを配設するようにしているので
、第１の部分反射ミラーのＰ偏光反射光は第２の部分反
射ミラーでＳ偏光波として反射され、また第１の部分反
射ミラーのＳ偏光反射光は第２の部分反射ミラーてＰ偏
光波として反射されることになり、この結果ＰおよびＳ
各々の偏光成分が感しる反射率が同一値となって光強度
検出器に入射されることになる。すなわち、第１の（ま
たは第２の）部分反射ミラーのＰ偏光についての反射率
をＲｐとし、第１の（または第２の）部分反射ミラーの
Ｓ偏光についての反射率をＲｓとした場合、レーザ媒質
から出力されたレーザ光はＰ偏光波とＳ偏光波とが同じ
比率（ＲｐＸＲｓ）で光強度検出器に入射されることに
なる。

したがって、偏光面の揺動が発生して出力レーザ光のＰ
偏光波とＳ偏光波との比率が変化したとしても、全出力
レーザ光と光強度検出器に入射されるモニタ光との比率
（ＲｐＸＲｓ）自体は変化せず、別言すれば、モニタ光
の偏光面と実際に出力されているレーザ光の偏光面か等
しくなり、これにより高精度にレーザの出力を制御する
ことができる。

なお、第１および第２の部分反射ミラーにおいて、反射
光でなく透過光を光強度検出器に導くようにしてもよい
。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説
明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すもので、同図（ｂ）
は同図（ａ）の側面図である。

第１図において、全反射ミラー３および出力結合ミラー
２からなる共振器の間にレーザ媒質１が配置され、レー
ザ媒質１で発生されたレーザ光は出力結合ミラー２から
出力される。出力結合ミラー２から出力されたレーザ光
は第１の部分反射ミラー６でそのレーザ光の一部が反射
され、残りが透過されて出力光として出力される。この
場合、部分反射ミラー６は入射角が４５度になるようそ
のミラー角度か設定されている。部分反射ミラ６で反射
されたレーザ光は第２の部分反射ミラー７に入射される
。

ここで、この第２の部分反射ミラー７は、その部分反射
特性が前記第１の部分反射ミラー６と同一なものを使用
すると共に、この第２の部分反射ミラー７の入射角は前
記第１の部分反射ミラー６と同一、すなわちこの場合４
５度に設定されている。さらに、この第２の部分反射ミ
ラー７は、同図（ｂ）に示すように、その入反射面（こ
の明細書では、入反射面を入射光軸と反射光軸を含む面
と定義する。従ってこの場合第２の部分反射ミラー７の
入反射面は紙面に垂直な面となる。）が第１の部分反射
ミラー６の入反射面（この場合、紙面に一致する面）に
垂直になるように設置されている。

かかる部分反射ミラー７で反射されたレーザ光は光強度
検出器４に入射され、ここでモニタ光の光強度か検出さ
れる。この光強度検出器４の検出値はコントローラ９に
人力される。コントローラ９はこの光強度検出値に基す
き放電電極の電源電圧を制御することてレーザ出力を制
御する。

このようにこの実施例では、第１および第２の部分反射
ミラーの部分反射特性を同しにするとともに、第１およ
び第２の部分反射ミラーの入射角をそれぞれ同一に設定
している。このため、この場合の第１の部分反射ミラー
６のＳ偏光の反射率をＲｓ、同反射ミラー６のＰ偏光の
反射率をＲｐとし、第２の部分反射ミラー７のＳ偏光の
反射率をＲ５−１同反射ミラー７のＰ偏光の反射率をＲ
ｐ゛とすると、先の第５図のグラフからも判るように、
Ｒ５−Ｒ５−Ｒｐ−Ｒｐ−か成立する。

また一方、この第２の部分反射ミラー７は、その入反射
面が第１の部分反射ミラー６の入反射面に垂直になるよ
うに設置されているので、第１の部分反射ミラー６のＰ
偏光反射光は第２の部分反射ミラー７てＳ偏光波として
反射され、また第１の部分反射ミラー６のＳ偏光反射光
は第２の部分反射ミラー７でＰ偏光波として反射される
ことになり、この結果レーザ媒質１で発生されたＰ偏光
波は（ＲｐＸＲｓ−）の比率で光強度検出器４に入射さ
れるとともに、同レーザ媒質１で発生されたＳ偏光波は
（ＲｓＸＲｐ−）の比率で光強度検出器４に入射される
ことになる。ここで、前述したように、第１および第２
の部分反射ミラーは入射角および部分反射特性が等しく
設定されているため、Ｒ５−Ｒ５Ｒｐ−Ｒｐ−が成立し
、この結果、レーザ光はそのＰおよびＳ各々の偏光成分
が感じる反射率が同一値となって光強度検出器４に入射
されることになる。

すなわち本装置においては、上記２つの部分反射ミラー
６．７による構成によって、第５図に示した部分反射特
性における入射角０度〜１０度の状態、即ちＰ偏光波と
Ｓ偏光波の反射率か同一である状態を作り出しているの
である。

したがって、本装置によれば、偏光面の揺動が発生して
出力レーザ光のＰ１Ｗ光波とＳ偏光波との比率が変化し
たとしても、全出力レーザ光と光強度検出器に入射され
るモニタ光との比率（ＲｐＸＲｓ）自体は変化せず、別
言すれば、モニタ光の偏光面と実際に出力されているレ
ーザ光の偏光面が等しくなり、これにより高精度にレー
ザの出力を制御することができるようになる。

なお、コントローラ９には、この場合入射角４５度にお
けるＰ偏光波の反射率Ｒｐ（第５図の場合Ｒｐ−１〜２
％）と入射角４５度におけるＳ偏光波の反射率Ｒｓ（第
５図の場合Ｒ５−９％前後）との積（ＲｐＸＲｓ）に対
応する値が予め設定され、コントローラ９はこの設定値
（ＲｐＸＲｓ）と光強度検出器４の検出値を用いて出力
レーザ光の強度を逆算し、この演算値が例えば一定にな
るよう電源５を制御するようになっている。

ところで、この実施例において、２つの部分反射ミラー
６．７にノーコートの基板を使用してフレネル反射が行
われるようにすれば、各部分反射ミラー６．７において
部分反射特性の変化はほとんどなくなり、より高精度に
出力を制御できるようになるとともに部分反射ミラーの
耐久性を飛躍的に延ばすことができる。

また、上記実施例のように、各部分反射ミラー６．７の
入射角を４５度に設定してこれらミラーの配置スペース
をコンパクトにするようにしたほうか望ましいが、これ
ら部分反射ミラー６．７の入射角は必ずしも４５度に設
定する必要はない。

第２図はこの発明を狭帯域エキシマレーザに適用した実
施例を示すものであり、同図（ｂ）は同図（ａ）の側面
図である。

第２図において、レーザチャンバ１から発射されたレー
ザ光は狭帯域化ユニット１０内に配置された波長選択素
子によって狭帯域化され出力結合ミラー２を介して出力
される。

狭帯域化ユニッ）１０の構成としては、複数枚のエタロ
ンと全反射ミラーによるもの、プリズムビームエキスパ
ンダとグレーティングによるもの、エタロンとグレーテ
ィングによるもの、プリズムビームエキスパンダとエタ
ロンとグレーティングによるものなどがある。

出力結合ミラー２から出力されたレーザ光はその一部が
入射角４５度に配置された部分゛反射ミラー６で反射さ
れ、残りか透過され出力レーザ光として出力される。部
分反射ミラー６で反射されたレーザ光はシリンドリカル
レンズ１１で、光強度検出器４および波長検出センサ８
への入射光がほぼ正方形となるようにビーム整形された
後、部分反射ミラー７に入射される。この場合も、部分
反射ミラー７は、先の第１図の実施例同様、その部分反
射特性および入射角が部分反射ミラー６と同一になるよ
う設定されると共に、入射されたレーザ光を同図（ａ）
において紙面に垂直な方向へ反射するように配設されて
いる。

部分反射ミラー７で反射されたレーザ光は光強度検出器
４に入射され、ここでモニタ光の光強度が検出される。

この場合、光強度検出器４は、同図（ｂ）に示すように
、すりガラス１２とテーパ状の反射面を持つミラー１３
とフォトダイオード１４とて構成するようにしており、
すりガラス１２とテーバ状の反射面を持つミラー１３と
二酔って検出光を集光してフォトダイオード１４に入射
するようにしている。光強度検出器４の検出値はＣＰＵ
９に入力される。ＣＰＵ９はこの光強度検出値に基ずき
放電電極の電源５の電圧制御を行なうことでレーザ出力
を制御する。

また、部分反射ミラー７の透過光は波長検出センサ８に
入力されるようになっており、ＣＰＵ９はこの波長検出
値にしたがって波長制御ドライバ１５を制御することで
波長制御を行なうようになっている。

第３図は、先の２つの部分反射ミラー６．７において、
反射光ではなく透過光をモニタするようにした場合の実
施例を示すものであり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ
）は平面図である。

この場合、出力結合ミラー２から出力されたレーザ光は
第１の部分反射ミラー６て入射角４５度で反射され出力
レーザ光として出力される。一方、部分反射ミラー６の
透過光は入射角４５度で第１の部分反射ミラー６と同一
部分反射特性を持つ第２の部分反射ミラー７に入射され
る。この場合も、第２の部分反射ミラー７の入反射面と
第１の部分反射ミラー６の入反射面とが垂直になるよう
にこれらミラー６．７が設置されている。第２の部分反
射ミラー７の反射光は波長検出センサ８に入射され、ま
た第２の部分反射ミラー７の透過光は光強度検出器４に
入射される。コントローラ９は光強度検出器４の検出出
力に基ずき放電電極に対する電源５を制御することでレ
ーザのパワー制御を実行する。

この実施例では、Ｐ、Ｓ各々の偏光成分が感じる部分反
射ミラー６．７の透過率が同等となり、これにより、先
の実施例同様出力レーザ光の偏光成分の揺動が発生して
も出力光とモニタ光の強度比は変化しなくなり、高精度
のレーザ出力制御をなし得るようになる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、同じ部分反射特
性を持つ２つの部分反射ミラーの入射角を同じに設定し
かつ画部分反射ミラーの入反射面が垂直になるように設
定し、これら２つの部分反射ミラーを介して出力レーザ
光をモニタするようにしたので、出力レーザ光の偏光面
とモニタ光の偏光面が同じになり、これにより出力レー
ザ光の偏光面が揺動しても出力レーザ光とモニタレーザ
光の強度比は変化せず、高精度にレーザ出力をコントロ
ールすることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概念図、第２図はこ
の発明を狭帯域エキシマレーザに適用した場合の実施例
を示す図、第３図はこの発明の他の実施例を示す図、第
４図は従来技術を示す図、第５図はノーコートの部分反
射ミラーのＰ偏光成分およびＳ偏光成分についての部分
反射特性を示す図である。 １・・・レーザ媒質、　２・・・出力結合ミラー３・−
・全反射ミラー　　４・・・光強度検出器５・・・電源
　　６・・・第１の部分反射ミラー７・・・第２の部分
反射ミラー　　８・・・波長検出センサ　　９・・・コ
ントローラ １０・・・狭帯域化ユニット　１１・・・シリントリ（
ｂ） （ａ） 第１図 第２図 カルレンス １２・・・すりカラス １４・・フォトダイオード （Ｇ） （ｂ） 第３図 又 （ｂ） （Ｃ） 第４図 入Ｉｇｒ′Ｔ角 （ｄｅｇ、） Ｒ（ｓ）　　Ｓｆｆノ反ＩｊｒＴ某 Ｒ（Ｐ）　　Ｐ；友の反１ｔｆ 第５図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）出力結合ミラーから出力されるレーザ光の一部を
   モニタしこのモニタ出力に基ずきレーザの出力制御を行
   なうレーザの出力制御装置において、前記出力結合ミラ
   ーから出力されるレーザ光を部分反射する第１の部分反
   射ミラーと、 この第１の部分反射ミラーと略同一の部分反射特性を有
   し、前記第１の部分反射ミラーに対するレーザ光の入射
   角と略同一の入射角で前記第１の部分反射ミラーの反射
   光を入射するとともにその入反射面が前記第１の部分反
   射ミラーの入反射面と略垂直になるよう配設された第２
   の部分反射ミラーと、 前記第２の部分反射ミラーで反射されたレーザ光の光強
   度を検出する光強度検出器と、 この光強度検出器で検出された光強度に基ずきレーザの
   出力を制御するレーザ出力制御手段と、を具えるレーザ
   の出力制御装置。
2. （２）前記レーザ出力制御手段は、当該入射角に対応す
   る第１または第２の部分反射ミラーのＰ偏光波について
   の反射率と同入射角に対応する第１または第２の部分反
   射ミラーのＳ偏光波についての反射率との乗算値に基ず
   き求めた出力レーザ光とモニタ光の比率を用いてモニタ
   光の光強度を逆算することで出力レーザ光の光強度を認
   知する請求項（１）記載のレーザの出力制御装置。
3. （３）出力結合ミラーから出力されるレーザ光の一部を
   モニタしこのモニタ出力に基ずきレーザの出力制御を行
   なうレーザの出力制御装置において、前記出力結合ミラ
   ーから出力されるレーザ光を部分透過する第１の部分反
   射ミラーと、 この第１の部分反射ミラーと略同一の部分反射特性を有
   し、前記第１の部分反射ミラーに対するレーザ光の入射
   角と略同一の入射角で前記第１の部分反射ミラーの透過
   光を入射するとともにその入反射面が前記第１の部分反
   射ミラーの入反射面と略垂直になるよう配設された第２
   の部分反射ミラーと、 前記第２の部分反射ミラーで透過されたレーザ光の光強
   度を検出する光強度検出器と、 この光強度検出器で検出された光強度に基ずきレーザの
   出力を制御するレーザ出力制御手段と、を具えるレーザ
   の出力制御装置。
4. （４）前記レーザ出力制御手段は、当該入射角に対応す
   る第１または第２の部分反射ミラーのＰ偏光波について
   の透過率と同入射角に対応する第１または第２の部分反
   射ミラーのＳ偏光波についての透過率との乗算値に基ず
   き求めた出力レーザ光とモニタ光の比率を用いてモニタ
   光の光強度を逆算することで出力レーザ光の光強度を認
   知する請求項（２）記載のレーザの出力制御装置。
5. （５）前記第１の部分反射ミラーおよび第２の部分反射
   ミラーに対するレーザ光の入射角は４５度である請求項
   （１）または（３）記載のレーザの出力制御装置。