TWI421543B - 雙脈衝光產生裝置及其雙脈衝光產生的方法 - Google Patents

Description

雙脈衝光產生裝置及其雙脈衝光產生的方法

本發明是有關於一種光學裝置(optical apparatus)，且特別是有關於一種能產生雙脈衝光的光學裝置以及其雙脈衝光產生的方法。

現今光學技術已發展出可將脈衝雷射光束(pulsed laser beam)產生雙脈衝雷射光的光學裝置。此光學裝置可將一道脈衝雷射光轉換成二道脈衝雷射光，且此二道脈衝雷射光的偏振方向彼此垂直(這二道脈衝雷射光以下合稱為雙脈衝雷射光)。

雙脈衝雷射光能應用在現今材料加工技術上，如材料表面處理(surface treatment)方面，將雙脈衝雷射光照射在材料上，可使材料表面產生抗污、抗反射的微奈米結構。在材料加工移除(material ablation)方面，雙脈衝雷射光能增加材料的移除率與避免材料移除時所產生的大量熱能。

上述光學裝置通常包括分光鏡(splitter)、反射鏡(reflective mirror)、偏光片(polarizer)以及半波片(half-wave plate)等多種光學元件。當脈衝雷射光束進入至光學裝置時，光學裝置透過分光鏡對脈衝雷射光束進行分合光，並利用偏光片與半波片來調整偏振。如此，偏振方向彼此垂直的雙脈衝雷射光得以產生。

本發明提供一種雙脈衝光產生裝置，其能將一道入射脈衝光轉換成二道脈衝光。

本發明另提供一種雙脈衝光產生的方法，其應用於上述雙脈衝光產生裝置。

本發明提出一種雙脈衝光產生裝置，其包括一極化分光鏡(polarization beam splitter，PBS)、一第一偏振反射元件(first polarization reflector)與一第二偏振反射元件。極化分光鏡具有一第一平面、一第二平面以及一位於第一平面與第二平面之間的分光界面(dividing interface)，並位於一入射脈衝光(incident pulsed light)的傳遞路徑(transmission path)上。極化分光鏡用以將入射脈衝光分成一穿過第一平面的第一偏振脈衝光與一穿過分光界面的第二偏振脈衝光，其中分光界面反射第一偏振脈衝光。第一偏振反射元件相對於第一平面而配置，並轉換第一偏振脈衝光為一穿過分光界面的第三偏振脈衝光。第二偏振反射元件相對於第二平面而配置。

本發明另提出一種雙脈衝光產生的方法，包括以下步驟。首先，令一極化分光鏡將一入射脈衝光分成一第一偏振脈衝光與一第二偏振脈衝光，其中極化分光鏡具有一出光面以及一反射第一偏振脈衝光的分光界面，而第二偏振脈衝光穿過分光界面，並從出光面出射。接著，轉換第一偏振脈衝光為一穿過分光界面的第三偏振脈衝光。接著，轉換第三偏振脈衝光為一第四偏振脈衝光。之後，令分光界面反射第四偏振脈衝光，其中第四偏振脈衝光從出光面出射。

基於上述，本發明的雙脈衝光產生裝置能將一道入射脈衝光分成二道偏振脈衝光(即第一偏振脈衝光與第二偏振脈衝光)，且這二道偏振脈衝光的偏振方向彼此垂直。此外，本發明的雙脈衝光產生裝置能應用在現今材料加工技術上。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1A是本發明第一實施例之雙脈衝光產生裝置的示意圖。請參閱圖1A，雙脈衝光產生裝置100包括一極化分光鏡110、一第一偏振反射元件120以及一第二偏振反射元件130，其中極化分光鏡110可以是由二塊稜鏡112a、112b所形成，並且具有一第一平面114a、一第二平面114b以及一分光界面116。

分光界面116存在於稜鏡112a、112b之間，並位於第一平面114a與第二平面114b之間，而第一平面114a相對於第二平面114b。第一偏振反射元件120相對於第一平面114a而配置，而第二偏振反射元件130相對於第二平面114b而配置，其中極化分光鏡110配置於第一偏振反射元件120與第二偏振反射元件130之間，即第一偏振反射元件120與第二偏振反射元件130分別位於極化分光鏡110的相對兩側。

第一偏振反射元件120與第二偏振反射元件130可以皆為反射式偏振旋轉元件，其例如是能利用磁場來旋轉偏振方向的偏振磁旋光元件(magnetic polarization rotator)，而第一偏振反射元件120與第二偏振反射元件130二者可以轉換光線的偏振。此外，偏振磁旋光元件可以是反射式法拉第旋光鏡(reflective Faraday rotator)。

雙脈衝光產生裝置100可接收入射脈衝光P1，並將入射脈衝光P1分成二道偏振方向彼此垂直的偏振脈衝光，讓這二道偏振脈衝光照射在一物件10上，以進行加工處理。這二道偏振脈衝光分別是s偏振光(s-polarization light)與p偏振光(p-polarization light)，而物件10的材質可為無機材料，如金屬、玻璃或陶瓷等。另外，物件10也可以是有機材料，如高分子材料、人體或其他動物的皮膚等，所以雙脈衝光產生裝置100不僅可以應用在工業用途上，亦可以應用在醫學用途方面。

圖1B是圖1A中雙脈衝光產生裝置所進行的雙脈衝光產生的方法的流程示意圖。請參閱圖1A與圖1B，本實施例的雙脈衝光產生的方法可以是由雙脈衝光產生裝置100所進行，而在本實施例的雙脈衝光產生的方法中，首先，進行步驟S101，也就是令極化分光鏡110將入射脈衝光P1分成第一偏振脈衝光L1與第二偏振脈衝光L2。

詳細而言，極化分光鏡110更具有一入光面114c與一出光面114d，其中入光面114c相對於出光面114d。極化分光鏡110位於入射脈衝光P1的傳遞路徑上，而入射脈衝光P1是從入光面114c進入至極化分光鏡110，並且入射至分光界面116。

分光界面116能將入射脈衝光P1分成一第一偏振脈衝光L1與一第二偏振脈衝光L2，其中第二偏振脈衝光L2會穿過分光界面116，並從出光面114d出射，而分光界面116會反射第一偏振脈衝光L1，讓第一偏振脈衝光L1穿過第一平面114a。第一偏振脈衝光L1與第二偏振脈衝光L2二者的偏振方向彼此垂直，其中第一偏振脈衝光L1為s偏振光，而第二偏振脈衝光L2為p偏振光，即第一偏振脈衝光L1與第二偏振脈衝光L2二者偏振方向彼此垂直。

在本實施例中，入射脈衝光P1可來自於一脈衝光源20，其可以是脈衝雷射產生器(pulsed laser generator)，如奈秒(nanosecond)、皮秒(picosecond)、飛秒(femtosecond)雷射產生器，因此入射脈衝光P1可以是一種雷射脈衝光束。

然而，在其他實施例中，脈衝光源20也可以是脈衝閃光燈(pulsed flash lamp)或脈衝發光二極體(Pulsed Light Emitting Diode，Pulsed LED)，所以入射脈衝光P1也可以是醫學用的脈衝光，而不限定是雷射脈衝光束。

另外，入射脈衝光P1可以是由脈衝光源20所間接發出。詳細而言，雙脈衝光產生裝置100可更包括一波片140，而波片140配置於極化分光鏡110旁，並配置極化分光鏡110與脈衝光源20之間。此外，波片140可以是半波片，而產生入射脈衝光P1的方法可包括以下步驟。

首先，脈衝光源20產生一初始脈衝光P2，其中初始脈衝光P2是由脈衝光源20所直接發出，且初始脈衝光P2可以是雷射脈衝光束或其他非雷射產生器(例如脈衝閃光燈或脈衝發光二極體)所產生的脈衝光，因此本發明不限定初始脈衝光P2為雷射脈衝光束。

接著，令初始脈衝光P2通過波片140，也就是讓波片140位於初始脈衝光P2的傳遞路徑上。當初始脈衝光P2通過波片140時，波片140會改變初始脈衝光P2的偏振，讓入射脈衝光P1可含有s偏振光與p偏振光。此外，將波片140旋轉能改變入射脈衝光P1中的s偏振光與p偏振光二者的能量比例，例如調高s偏振光的能量，降低p偏振光的能量；或是調高p偏振光的能量，降低s偏振光的能量。

不過，須說明的是，在其他未繪示的實施例中，入射脈衝光P1可以是由脈衝光源20所直接發出。換句話說，極化分光鏡110可以不必透過波片140而直接接收脈衝光源20所發出的初始脈衝光P2。因此，圖1A所示的波片140為選擇性元件而非必要元件，非用以限定本發明。

在進行步驟S101之後，進行步驟S103，即轉換第一偏振脈衝光L1為一第三偏振脈衝光L3。詳細而言，當第一偏振脈衝光L1被分光界面116反射而入射至第一偏振反射元件120時，第一偏振反射元件120會轉換第一偏振脈衝光L1為第三偏振脈衝光L3，並反射第三偏振脈衝光L3，使第三偏振脈衝光L3穿過分光界面116，其中第三偏振脈衝光L3與第一偏振脈衝光L1二者偏振方向彼此垂直，且第三偏振脈衝光L3為p偏振光。

之後，進行步驟S105，即轉換第三偏振脈衝光L3為一第四偏振脈衝光L4。詳細而言，第二偏振反射元件130轉換第三偏振脈衝光L3為第四偏振脈衝光L4，並且反射第四偏振脈衝光L4，其中第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4二者偏振方向彼此垂直，而第四偏振脈衝光L4為s偏振光。

接著，進行步驟S107，也就是令分光界面116反射第四偏振脈衝光L4。詳細而言，第二偏振反射元件130會反射第四偏振脈衝光L4至分光界面116。由於第四偏振脈衝光L4為s偏振光，因此分光界面116能反射第四偏振脈衝光L4，並且讓第四偏振脈衝光L4從出光面114d出射。

由此可知，第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4二者可從極化分光鏡110的同一平面(即出光面114d)出射，其中第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4二者偏振方向彼此垂直，且第二偏振脈衝光L2為p偏振光，第四偏振脈衝光L4為s偏振光。如此，第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4二者能照射在物件10上，以對物件10進行材料加工。

在本實施例的雙脈衝光產生的方法中，更可以集中第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4。詳細而言，雙脈衝光產生裝置100可以更包括一聚焦透鏡150，其中聚焦透鏡150配置於極化分光鏡110旁，並位於第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4二者傳遞路徑上。如此，聚焦透鏡150能集中第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4，讓第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4集中地照射在物件10上。

值得一提的是，在本實施例中，雙脈衝光產生裝置100更可以改變第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4之間的光程差，進而控制第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4二者偏振脈衝(polarization pulse)之間的延遲時間(delay time)。如此，更有利於對物件10進行加工處理，例如在物件10的表面上的產生微奈米結構；或是在物件10的表面上進行材料加工時，能增加材料移除率並減少大量熱能產生。

詳細而言，改變第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4之間的光程差的步驟可包括改變第三偏振脈衝光L3的傳遞路徑的長度。舉例而言，第一偏振反射元件120能沿著第一偏振脈衝光L1的傳遞路徑而相對於第一平面114a移動，而第二偏振反射元件130能沿著第三偏振脈衝光L3的傳遞路徑而相對於第二平面114b移動。

因此，第一偏振反射元件120能朝向接近或遠離第一平面114a的方向而移動，而第二偏振反射元件130能朝向接近或遠離第二平面114b的方向而移動。這樣可以增加或減少第三偏振脈衝光L3的傳遞路徑的長度，以改變第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4之間的光程差，進而控制第四偏振脈衝光L4與第二偏振脈衝光L2二者偏振脈衝之間的延遲時間。

圖2是本發明第二實施例之雙脈衝光產生裝置的示意圖。請參閱圖2，基本上，本實施例的雙脈衝光產生的方法與第一實施例的雙脈衝光產生的方法相同，而本實施例的雙脈衝光產生裝置200與第一實施例的雙脈衝光產生裝置100二者結構相似，所包括的元件都相同，惟差異在於：在雙脈衝光產生裝置200中，第一偏振反射元件120固定在極化分光鏡110的第一平面114a上。

具體而言，第一偏振反射元件120可以是透過黏合或鎖固等方式而固定在第一平面114a上，或者第一偏振反射元件120與極化分光鏡110二者可以裝設在框架或殼體(框架與殼體皆未繪示)內，讓第一偏振反射元件120得以固定在第一平面114a上。

須說明的是，在圖2中，雖然第一偏振反射元件120固定在第一平面114a上，而第二偏振反射元件130能沿著第三偏振脈衝光L3的傳遞路徑而相對於第二平面114b移動，但是在其他未繪示的實施例中，第二偏振反射元件130可以固定在第二平面114b上，而第一偏振反射元件120能沿著第三偏振脈衝光L3的傳遞路徑而相對於第一平面114a移動，所以圖2所示的第一偏振反射元件120與極化分光鏡110之間的配置方式僅為舉例說明，並非限定本發明。

圖3是本發明第三實施例之雙脈衝光產生裝置的示意圖。請參閱圖3，基本上，本實施例的雙脈衝光產生的方法與第一實施例的雙脈衝光產生的方法相同，而本實施例的雙脈衝光產生裝置300與第一實施例的雙脈衝光產生裝置100二者所包括的元件及結構皆相似，惟雙脈衝光產生裝置300所包括的第一偏振反射元件320與第二偏振反射元件330皆不同於第一偏振反射元件120與第二偏振反射元件130。

詳細而言，第一偏振反射元件320包括一第一反射鏡322與一第一穿透式偏振旋轉元件324，而第二偏振反射元件330包括一第二反射鏡332與一第二穿透式偏振旋轉元件334，其中第一穿透式偏振旋轉元件324與第二穿透式偏振旋轉元件334二者可以是四分之一波片或偏振磁旋光元件，而此偏振磁旋光元件可以是穿透式法拉第旋光鏡(transmissive Faraday rotator)。

雙脈衝光產生裝置300還包括極化分光鏡110，其中第一穿透式偏振旋轉元件324配置於第一反射鏡322與極化分光鏡110的第一平面114a之間，而第二穿透式偏振旋轉元件334配置於第二反射鏡332與第二平面114b之間。第一穿透式偏振旋轉元件324與第一反射鏡322皆位於第一偏振脈衝光L1與第三偏振脈衝光L3的傳遞路徑上，而第二反射鏡332與第二穿透式偏振旋轉元件334皆位於第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4的傳遞路徑上。

當第一偏振脈衝光L1通過第一穿透式偏振旋轉元件324時，第一偏振脈衝光L1會變成圓偏振脈衝光，而第一反射鏡322會反射上述圓偏振脈衝光，讓圓偏振脈衝光通過第一穿透式偏振旋轉元件324。當此圓偏振脈衝光通過第一穿透式偏振旋轉元件324時，圓偏振脈衝光會轉換成偏振方向與第一偏振脈衝光L1相互垂直的第三偏振脈衝光L3。

同理，當第三偏振脈衝光L3通過第二穿透式偏振旋轉元件334時，第三偏振脈衝光L3也會變成圓偏振脈衝光，而第二反射鏡332會反射此圓偏振脈衝光，讓圓偏振脈衝光通過第二穿透式偏振旋轉元件334。當由第三偏振脈衝光L3所變成的圓偏振脈衝光通過第二穿透式偏振旋轉元件334時，此圓偏振脈衝光會轉換成偏振方向與第二偏振脈衝光L2相互垂直的第四偏振脈衝光L4，而透過分光界面116對第四偏振脈衝光L4的反射，第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4得以集中照射在物件10上。

值得一提的是，當第一穿透式偏振旋轉元件324與第二穿透式偏振旋轉元件334皆為四分之一波片時，第一偏振脈衝光L1的偏振方向與第一穿透式偏振旋轉元件324的快軸(或慢軸)之間的夾角約為45度，而第三偏振脈衝光L3的偏振方向與第二穿透式偏振旋轉元件334的快軸(或慢軸)之間的夾角約為45度。

另外，第一反射鏡322能沿著第一偏振脈衝光L1的傳遞路徑而相對於極化分光鏡110的第一平面114a移動，而第二反射鏡332能沿著第三偏振脈衝光L3的傳遞路徑而相對於極化分光鏡110的第二平面114b移動。因此，第三偏振脈衝光L3的傳遞路徑的長度可以改變，以改變第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4之間的光程差。如此，第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4二者偏振脈衝之間的延遲時間也可以被控制。

圖4A是本發明第四實施例之雙脈衝光產生裝置的示意圖。請參閱圖4A，本實施例的雙脈衝光產生裝置400包括一極化分光鏡410、第一偏振反射元件120、第二偏振反射元件130、波片140以及聚焦透鏡150，其中波片140的配置方式及功能皆與第一實施例相同，故不再重複介紹。

極化分光鏡410與圖1A的極化分光鏡110二者都是由二塊稜鏡112a、112b所形成，且極化分光鏡410具有第一平面114a、第二平面114b、入光面114c、出光面114d與分光界面116，其中分光界面116存在於這些稜鏡112a、112b之間，並位於第一平面114a與第二平面114b之間。

然而，有別於第一實施例，在本實施例中，第一平面114a鄰接第二平面114b，並相對於出光面114d，而第二平面114b相對於入光面114c，其中第一平面114a與出光面114d皆位於第二平面114b與入光面114c之間，而出光面114d鄰接入光面114c。

承上述，第一偏振反射元件120相對於第一平面114a而配置，而第二偏振反射元件130相對於第二平面114b而配置，因此在圖4A所示的實施例中，很明顯地，第一偏振反射元件120、第二偏振反射元件130以及極化分光鏡410三者並不是呈直線排列。

圖4B是圖4A中雙脈衝光產生裝置所進行的雙脈衝光產生的方法的流程示意圖。請參閱圖4A與圖4B，本實施例的雙脈衝光產生的方法與第一實施例的雙脈衝光產生的方法相似，因此以下主要介紹第四實施例與第一實施例二者雙脈衝光產生的方法的差異之處。

詳細而言，在第四實施例中，在極化分光鏡410將入射脈衝光P1分成一道被分光界面116所反射的第一偏振脈衝光L1，以及一道穿過分光界面116的第二偏振脈衝光L2之後，進行步驟S201，也就是轉換第一偏振脈衝光L1為一第三偏振脈衝光L3，以及轉換第二偏振脈衝光L2為一第四偏振脈衝光L4’。

第一偏振脈衝光L1穿過第一平面114a而入射至第一偏振反射元件120，以使第一偏振反射元件120轉換第一偏振脈衝光L1為第三偏振脈衝光L3，並且反射第三偏振脈衝光L3至分光界面116。第二偏振脈衝光L2穿過第二平面114b而入射至第二偏振反射元件130，以使第二偏振反射元件130轉換第二偏振脈衝光L2為第四偏振脈衝光L4’，並且反射第四偏振脈衝光L4’至分光界面116。

第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’二者的偏振方向彼此垂直，其中第三偏振脈衝光L3為p偏振光，而第四偏振脈衝光L4’為s偏振光。因此，第三偏振脈衝光L3能依序穿過分光界面116及出光面114d，進而從出光面114d出射。

接著，進行步驟S203，令分光界面116反射第四偏振脈衝光L4’。詳細而言，由於第四偏振脈衝光L4’為s偏振光，因此分光界面116得以反射第四偏振脈衝光L4’，讓第四偏振脈衝光L4’穿過出光面114d。如此，第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’二者皆能從出光面114d出射，並對物件10進行材料加工。

在本實施例的雙脈衝光產生的方法中，更可以利用聚焦透鏡150來集中第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’。詳細而言，聚焦透鏡150配置於極化分光鏡410旁，並位於第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’二者傳遞路徑上。如此，聚焦透鏡150得以集中第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’，讓第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’集中地照射在物件10上。

另外，雙脈衝光產生裝置400更可以改變第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’之間的光程差，以控制第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’二者偏振脈衝之間的延遲時間，而改變第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’之間的光程差的步驟可以是改變第一偏振脈衝光L1的傳遞路徑的長度。

詳細而言，第一偏振反射元件120能沿著第一偏振脈衝光L1的傳遞路徑而相對於第一平面114a移動，即第一偏振反射元件120能朝向接近或遠離第一平面114a的方向而移動，進而增加或減少第一偏振脈衝光L1的傳遞路徑的長度，以改變第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’之間的光程差。

另外，改變第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’之間的光程差的步驟也可以是改變第二偏振脈衝光L2的傳遞路徑的長度。詳言之，第二偏振反射元件130能沿著第二偏振脈衝光L2的傳遞路徑而相對於第二平面114b移動，即第二偏振反射元件130能朝向接近或遠離第二平面114b的方向而移動，以增加或減少第二偏振脈衝光L2的傳遞路徑的長度。如此，亦可改變第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’之間的光程差。

值得一提的是，在其他未繪示的實施例中，第一偏振反射元件120可以固定在第一平面114a上，而第二偏振反射元件130能沿著第二偏振脈衝光L2的傳遞路徑而相對於第二平面114b移動；或者是，第二偏振反射元件130可以固定在第二平面114b上，而第一偏振反射元件120能沿著第一偏振脈衝光L1的傳遞路徑而相對於第一平面114a移動。

圖5是本發明第五實施例之雙脈衝光產生裝置的示意圖。請參閱圖5，本實施例的雙脈衝光產生的方法與第四實施例的雙脈衝光產生的方法相同，而本實施例的雙脈衝光產生裝置500與第四實施例的雙脈衝光產生裝置400二者所包括的元件及結構皆相似，惟雙脈衝光產生裝置500是利用穿透式偏振旋轉元件來轉換第一偏振脈衝光L1與第二偏振脈衝光L2二者的偏振。

詳細而言，雙脈衝光產生裝置500包括第一偏振反射元件320與第二偏振反射元件330，其中第一穿透式偏振旋轉元件324配置於第一反射鏡322與第一平面114a之間，而第二穿透式偏振旋轉元件334配置於第二反射鏡332與第二平面114b之間。第一穿透式偏振旋轉元件324與第一反射鏡322皆位於第一偏振脈衝光L1與第三偏振脈衝光L3的傳遞路徑上，而第二反射鏡332與第二穿透式偏振旋轉元件334皆位於第二偏振脈衝光L2與第四偏振脈衝光L4’的傳遞路徑上。

當第一偏振脈衝光L1通過第一穿透式偏振旋轉元件324時，第一偏振脈衝光L1會變成圓偏振光，並且被第一反射鏡322反射。當此圓偏振光通過第一穿透式偏振旋轉元件324時，圓偏振光會轉換成偏振方向與第一偏振脈衝光L1相互垂直的第三偏振脈衝光L3。

當第二偏振脈衝光L2通過第二穿透式偏振旋轉元件334時，第二偏振脈衝光L2會變成圓偏振光，並且被第二反射鏡332反射。當此圓偏振光通過第二穿透式偏振旋轉元件334時，圓偏振光會轉換成偏振方向與第二偏振脈衝光L2相互垂直的第四偏振脈衝光L4’。

值得一提的是，當第一穿透式偏振旋轉元件324與第二穿透式偏振旋轉元件334皆為四分之一波片時，第一偏振脈衝光L1的偏振方向與第一穿透式偏振旋轉元件324的快軸(或慢軸)之間的夾角約為45度，而通過分光界面116之後的第二偏振脈衝光L2的偏振方向與第二穿透式偏振旋轉元件334的快軸(或慢軸)之間的夾角約為45度。

另外，第一反射鏡322能沿著第一偏振脈衝光L1的傳遞路徑而相對於極化分光鏡410的第一平面114a移動，而第二反射鏡332能沿著第二偏振脈衝光L2的傳遞路徑而相對於極化分光鏡410的第二平面114b移動。因此，第一偏振脈衝光L1與第二偏振脈衝光L2二者傳遞路徑的長度可以改變，以改變第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’之間的光程差，控制第三偏振脈衝光L3與第四偏振脈衝光L4’二者偏振脈衝之間的延遲時間。

綜上所述，本發明的雙脈衝光產生裝置能將一道入射脈衝光分成二道偏振脈衝光(即第一偏振脈衝光與第二偏振脈衝光)，且這二道偏振脈衝光的偏振方向彼此垂直。因此，本發明的雙脈衝光產生裝置能應用在現今材料加工技術上，且在材料的表面處理方面可以有不錯的表現，例如可產生抗污、抗反射的微奈米結構，或是在進行材料移除時，能增加材料移除率並減少大量熱能產生。

其次，本發明是利用一個極化分光鏡與二個偏振反射元件(即第一偏振反射元件與第二偏振反射元件)來達到雙脈衝光產生的功能，即本發明僅需要二種光學元件(即偏振反射元件與極化分光鏡)，即可達到雙脈衝光產生的功能。因此，相較於習知技術而言，本發明的雙脈衝光產生裝置可以包括較少數量的光學元件。

再者，本發明是利用極化分光鏡對入射脈衝光進行分光，並且利用二個偏振反射元件來轉換分光之後的偏振脈衝光(如第一偏振脈衝光、第二偏振脈衝光或第三偏振脈衝光)，進而將轉換後的偏振脈衝光反射回極化分光鏡。之後，極化分光鏡的分光界面會反射其中一道偏振脈衝光，並讓另一偏振脈衝光穿過。如此，得以產生二道偏振方向彼此垂直的偏振脈衝光。

然而，習知雙脈衝光產生的方法是利用偏光片來調整偏振。因此，當光線通過偏光片時，光線的能量會衰減，造成脈衝能量降低。本發明的雙脈衝光產生裝置不需要採用偏光片，即可達到雙脈衝光產生的功能，而本發明充分地使用極化分光鏡，讓極化分光鏡不僅對入射脈衝光進行分光，並且透過分光界面，讓轉換後的偏振脈衝光能從同一個出光面發出。因此，相較於習知技術而言，本發明具有較高的能量轉換效率。

雖然本發明以前述實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，所作更動與潤飾之等效替換，仍為本發明之專利保護範圍內。

10．．．物件

20．．．脈衝光源

100、200、300、400、500．．．雙脈衝光產生裝置

110、410．．．極化分光鏡

112a、112b．．．稜鏡

114a．．．第一平面

114b．．．第二平面

114c．．．入光面

114d．．．出光面

116．．．分光界面

120、320．．．第一偏振反射元件

130、330．．．第二偏振反射元件

140．．．波片

150．．．聚焦透鏡

322．．．第一反射鏡

324．．．第一穿透式偏振旋轉元件

332．．．第二反射鏡

334．．．第二穿透式偏振旋轉元件

L1．．．第一偏振脈衝光

L2．．．第二偏振脈衝光

L3．．．第三偏振脈衝光

L4、L4’．．．第四偏振脈衝光

P1．．．入射脈衝光

P2．．．初始脈衝光

S101、S103、S105、S107、S201、S203．．．步驟

圖1A是本發明第一實施例之雙脈衝光產生裝置的示意圖。

圖1B是圖1A中雙脈衝光產生裝置所進行的雙脈衝光產生的方法的流程示意圖。

圖2是本發明第二實施例之雙脈衝光產生裝置的示意圖。

圖3是本發明第三實施例之雙脈衝光產生裝置的示意圖。

圖4A是本發明第四實施例之雙脈衝光產生裝置的示意圖。

圖4B是圖4A中雙脈衝光產生裝置所進行的雙脈衝光產生的方法的流程示意圖。

圖5是本發明第五實施例之雙脈衝光產生裝置的示意圖。

10．．．物件

20．．．脈衝光源

100．．．雙脈衝光產生裝置

110．．．極化分光鏡

112a、112b．．．稜鏡

114a．．．第一平面

114b．．．第二平面

114c．．．入光面

114d．．．出光面

116．．．分光界面

120．．．第一偏振反射元件

130．．．第二偏振反射元件

140．．．波片

150．．．聚焦透鏡

L1．．．第一偏振脈衝光

L2．．．第二偏振脈衝光

L3．．．第三偏振脈衝光

L4．．．第四偏振脈衝光

P1．．．入射脈衝光

P2．．．初始脈衝光

Claims (37)

1. 一種雙脈衝光產生裝置，包括：一極化分光鏡，具有一第一平面、一第二平面以及一位於該第一平面與該第二平面之間的分光界面，並位於一入射脈衝光的傳遞路徑上，該極化分光鏡用以將該入射脈衝光分成一穿過該第一平面的第一偏振脈衝光與一穿過該分光界面的第二偏振脈衝光，其中該分光界面反射該第一偏振脈衝光；一第一偏振反射元件，相對於該第一平面而配置，並轉換該第一偏振脈衝光為一穿過該分光界面的第三偏振脈衝光；一第二偏振反射元件，相對於該第二平面而配置，其中該第一平面相對於該第二平面，該極化分光鏡配置於該第一偏振反射元件與該第二偏振反射元件之間，該第二偏振反射元件轉換該第三偏振脈衝光為一第四偏振脈衝光，而該分光界面反射該第四偏振脈衝光；以及一聚焦透鏡，其配置於該極化分光鏡旁，其中該聚焦透鏡位於該第二偏振脈衝光與該第四偏振脈衝光二者傳遞路徑上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙脈衝光產生裝置，更包括一波片，其中該波片配置於該極化分光鏡旁，並位於該入射脈衝光的傳遞路徑上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之雙脈衝光產生裝置，其 中該波片為半波片。
4. 如申請專利範圍第1項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一偏振反射元件固定在該第一平面上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一平面鄰接該第二平面，該第二偏振反射元件轉換該第二偏振脈衝光為一第四偏振脈衝光，該分光界面反射該第四偏振脈衝光。
6. 如申請專利範圍第5項所述之雙脈衝光產生裝置，更包括一配置於該極化分光鏡旁的聚焦透鏡，其中該聚焦透鏡位於該第三偏振脈衝光與該第四偏振脈衝光二者傳遞路徑上。
7. 如申請專利範圍第5項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一偏振反射元件與該第二偏振反射元件可分別固定在第一平面與第二平面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一偏振反射元件與該第二偏振反射元件皆為一偏振磁旋光元件。
9. 如申請專利範圍第8項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該偏振磁旋光元件為反射式法拉第旋光鏡。
10. 如申請專利範圍第7項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一偏振反射元件能沿著該第一偏振脈衝光的傳遞路徑而相對於該第一平面移動。
11. 如申請專利範圍第7項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第二偏振反射元件能沿著該第二偏振脈衝光的傳 遞路徑而相對於該第二平面移動。
12. 如申請專利範圍第5項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一偏振反射元件包括一第一反射鏡以及一配置於該第一反射鏡與該第一平面之間的第一穿透式偏振旋轉元件，該第二偏振反射元件包括一第二反射鏡以及一配置於該第二反射鏡與該第二平面之間的第二穿透式偏振旋轉元件。
13. 如申請專利範圍第12項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一反射鏡能沿著該第一偏振脈衝光的傳遞路徑而相對於該第一平面移動。
14. 如申請專利範圍第12項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第二反射鏡能沿著該第二偏振脈衝光的傳遞路徑而相對於該第二平面移動。
15. 如申請專利範圍第12項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一穿透式偏振旋轉元件與該第二穿透式偏振旋轉元件皆為四分之一波片或偏振磁旋光元件。
16. 如申請專利範圍第15項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該偏振磁旋光元件為穿透式法拉第旋光鏡。
17. 如申請專利範圍第1項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一偏振反射元件與該第二偏振反射元件皆為一偏振磁旋光元件。
18. 如申請專利範圍第17項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該偏振磁旋光元件為反射式法拉第旋光鏡。
19. 如申請專利範圍第17項所述之雙脈衝光產生裝置，其 中該第一偏振反射元件能沿著該第一偏振脈衝光的傳遞路徑而相對於該第一平面移動。
20. 如申請專利範圍第17項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第二偏振反射元件能沿著該第三偏振脈衝光的傳遞路徑而相對於該第二平面移動。
21. 如申請專利範圍第1項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一偏振反射元件包括一第一反射鏡以及一配置於該第一反射鏡與該第一平面之間的第一穿透式偏振旋轉元件，該第二偏振反射元件包括一第二反射鏡以及一配置於該第二反射鏡與該第二平面之間的第二穿透式偏振旋轉元件。
22. 如申請專利範圍第21項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一反射鏡能沿著該第一偏振脈衝光的傳遞路徑而相對於該第一平面移動。
23. 如申請專利範圍第21項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第二反射鏡能沿著該第三偏振脈衝光的傳遞路徑而相對於該第二平面移動。
24. 如申請專利範圍第21項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該第一穿透式偏振旋轉元件與該第二穿透式偏振旋轉元件皆為四分之一波片或偏振磁旋光元件。
25. 如申請專利範圍第24項所述之雙脈衝光產生裝置，其中該偏振磁旋光元件為穿透式法拉第旋光鏡。
26. 一種雙脈衝光產生的方法，包括以下步驟：產生一入射脈衝光，其方法包括以下步驟： 產生一初始脈衝光；以及令該初始脈衝光通過一波片；令一極化分光鏡將該入射脈衝光分成一第一偏振脈衝光與一第二偏振脈衝光，其中該極化分光鏡具有一出光面以及一反射該第一偏振脈衝光的分光界面，該第二偏振脈衝光穿過該分光界面，並從該出光面出射；轉換該第一偏振脈衝光為一穿過該分光界面的第三偏振脈衝光；轉換該第三偏振脈衝光為一第四偏振脈衝光；以及令該分光界面反射該第四偏振脈衝光，其中該第四偏振脈衝光從該出光面出射。
27. 如申請專利範圍第26項所述之雙脈衝光產生的方法，其中該波片為一半波片。
28. 如申請專利範圍第26項所述之雙脈衝光產生的方法，其中該初始脈衝光為雷射光束。
29. 如申請專利範圍第26項所述之雙脈衝光產生的方法，更包括步驟：改變該第二偏振脈衝光與該第四偏振脈衝光之間的光程差。
30. 如申請專利範圍第29項所述之雙脈衝光產生的方法，其中改變該第二偏振脈衝光與該第四偏振脈衝光之間的光程差的步驟包括改變該第三偏振脈衝光的傳遞路徑的長度。
31. 如申請專利範圍第26項所述之雙脈衝光產生的方法，更包括步驟：集中該第二偏振脈衝光與該第四偏振脈衝光。
32. 一種雙脈衝光產生的方法，包括以下步驟：產生一入射脈衝光，其方法包括以下步驟：產生一初始脈衝光；以及令該初始脈衝光通過一半波片；令一極化分光鏡將該入射脈衝脈衝光分成一第一偏振脈衝光與一第二偏振脈衝光，其中該極化分光鏡具有一出光面以及一反射該第一偏振脈衝光的分光界面，該第二偏振脈衝光穿過該分光界面；轉換該第一偏振脈衝光為一穿過該分光界面的第三偏振脈衝光，其中該第三偏振脈衝光從該出光面出射；轉換該第二偏振脈衝光為一第四偏振脈衝光；以及令該分光界面反射該第四偏振脈衝光，其中該第四偏振脈衝光從該出光面出射。
33. 如申請專利範圍第32項所述之雙脈衝光產生的方法，其中該初始脈衝光為雷射光束。
34. 如申請專利範圍第32項所述之雙脈衝光產生的方法，更包括步驟：改變該第三偏振脈衝光與該第四偏振脈衝光之間的光程差。
35. 如申請專利範圍第34項所述之雙脈衝光產生的方 法，其中改變該第三偏振脈衝光與該第四偏振脈衝光之間的光程差的步驟包括改變該第一偏振脈衝光的傳遞路徑的長度。
36. 如申請專利範圍第34項所述之雙脈衝光產生的方法，其中改變該第三偏振脈衝光與該第四偏振脈衝光之間的光程差的步驟包括改變該第二偏振脈衝光的傳遞路徑的長度。
37. 如申請專利範圍第32項所述之雙脈衝光產生的方法，更包括步驟：集中該第三偏振脈衝光與該第四偏振脈衝光。