WO2013008772A1 - パルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法 - Google Patents

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梶山　康一
水村　通伸
哲也 木口
大助 石井
良勝 柳川
政美 滝本
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株式会社ブイ・テクノロジー
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    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA

Definitions

  • the present invention relates to a pulse laser oscillator including an electro-optical element that polarizes light according to an applied voltage, and a pulse laser oscillation control method, and more particularly, to change a voltage applied to an electro-optical element over time, and
  • the present invention relates to a pulse laser oscillator and a pulse laser oscillation control method capable of extending the pulse width of light and reducing the peak energy of output pulse laser light.
  • a conventional pulse laser oscillator has a laser medium, an excitation light source that excites the laser medium, and a resonator that reciprocates and amplifies the light emitted by the laser medium to obtain pulsed laser light.
  • Q-switch oscillation with a Q mirror element and a cavity dump element placed between the resonators with a reflectance mirror and a low reflectance mirror on the other side, and the laser beam is completely confined in the resonator
  • the energy stored in the resonator is instantaneously externalized by causing the cavity dump element to continue to operate and perform the cavity dump near the peak level of the pulsed laser light accumulated in the resonator.
  • There are some which are configured to be taken out for example, see Patent Document 1).
  • the energy accumulated in the resonator is instantaneously extracted outside, so that the peak energy of the output pulse laser light becomes too large, and the object irradiated with the laser is There was a risk of damage.
  • the problem to be solved by the present invention that addresses such problems is that a pulse laser oscillator and a pulse laser that can reduce the peak energy of the output pulse laser light by extending the pulse width. It is to provide an oscillation control method.
  • a pulse laser oscillator includes a first electro-optic element that polarizes light according to an applied voltage, a voltage applied to the first electro-optic element, and a voltage applied to the first electro-optic element.
  • a plurality of the first electro-optical elements may be provided, and the voltage value applied to each of the plurality of first electro-optical elements may be changed over time.
  • the voltage control device changes a change rate of a voltage value applied to the first electro-optic element in a stepwise manner.
  • two first electro-optical elements may be provided, and voltages opposite to each other may be applied to the two first electro-optical elements by the voltage control device.
  • the electro-optical element is a Pockels cell, and it is preferable that a ⁇ / 4 wavelength plate is further provided.
  • a laser attenuator including a second electro-optical element to be controlled, and a control unit that controls an applied voltage value and an application timing to the second electro-optical element.
  • the second electro-optical element may be a Pockels cell.
  • a plurality of the Pockels cells may be arranged in series.
  • the laser attenuator is provided on the downstream side of an optical amplifier provided on the optical path of the laser light.
  • the pulse laser oscillation control method is a laser oscillation control method for controlling the oscillation of laser light by changing the voltage applied to the first electro-optic element that polarizes light in accordance with the applied voltage.
  • the voltage value applied to the first electro-optic element is changed over time to control the pulse width of the laser beam.
  • a plurality of the first electro-optical elements may be provided, and the voltage value applied to each of the plurality of first electro-optical elements may be changed over time.
  • two first electro-optical elements may be provided, and voltages opposite to each other may be applied to the two first electro-optical elements by the voltage control device.
  • the pulse width of the laser light it is possible to control the pulse width of the laser light by changing the voltage value applied to the first electro-optic element with time by the voltage control device. Therefore, it is possible to extend the pulse width of the output pulsed laser beam and reduce the peak energy of the pulsed laser beam. Further, since the pulse width can be extended without using a beam splitter that splits the laser light or a mirror for the delay optical system, the pulse laser oscillator can be formed in a compact manner. Further, when the pulse laser oscillator is used, it is not necessary to adjust the beam splitter and the mirror for the delay optical system, so that the work for using the pulse laser oscillator becomes easy.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a pulse laser oscillator according to the present invention.
  • This pulse laser oscillator generates a giant pulse by a Q-switch method that generates a giant pulse by switching the Q value (energy stored in the optical resonator 3 described later / energy lost outside the optical resonator 3).
  • a YAG laser that includes a YAG rod 1, a flash lamp 2, an optical resonator 3, a polarizer 4, a ⁇ / 4 wavelength plate 5, a Pockels cell 6, and a voltage controller 7.
  • the YAG rod 1 emits light when irradiated with light from a flash lamp 2 to be described later, and amplifies the emitted light by stimulated emission. As shown in FIG. It is a solid laser medium that emits light. Instead of the YAG rod 1, other laser media such as an Nd: YAG rod or an Er: YAG rod may be used.
  • a flash lamp 2 is provided on a side surface of the YAG rod 1 (upper side of the YAG rod 1 in FIG. 1).
  • the flash lamp 2 irradiates the YAG rod 1 with light and starts emission of light from the YAG rod 1.
  • a xenon flash lamp or a laser diode is used.
  • a front mirror 3a and a rear mirror 3b are provided on the left and right sides of the YAG rod 1 in FIG.
  • the front mirror 3a and the rear mirror 3b reciprocate the light emitted from the YAG rod 1 between the two mirrors.
  • the front mirror 3a and the rear mirror 3b cause stimulated emission in the YAG rod 1.
  • An optical resonator 3 for amplifying coherent light is configured.
  • the front mirror 3a is a partial transmission mirror that transmits a part of incident light, and is installed on the side where the laser light on the optical axis L of the light emitted from the YAG rod 1 is emitted. A part of the laser light instantaneously amplified by the Q switch method is taken out from the optical resonator 3 through the front mirror 3a.
  • the rear mirror 3b is a total reflection mirror provided on the optical axis L opposite to the front mirror 3a with the YAG rod 1 in between, and reciprocates light on the optical axis L with the front mirror 3a.
  • a polarizer 4 On the optical axis L between the rear mirror 3b and the YAG rod 1, a polarizer 4 is provided.
  • the polarizer 4 reflects only s-polarized light, which is a polarized light component perpendicular to the incident surface, in the incident light, and transmits only p-polarized light, which is a polarized light component parallel to the incident surface.
  • the polarizer plays the role of a shutter in the Q-switch method.
  • the material of the polarizer 4 is glass or plastic, and the polarizer 4 is inclined with respect to the optical axis L so that the incident angle ⁇ of incident light becomes a Brewster angle at which the reflectance of p-polarized light becomes zero.
  • a plurality of polarizers 4 may be provided.
  • the polarizer 4 only needs to transmit either s-polarized light or p-polarized light.
  • a polarizer such as a polarizing prism or a polarizing filter may be used.
  • the terms s-polarized light and p-polarized light used in the following description refer to s-polarized light and p-polarized light for the polarizer 4.
  • a ⁇ / 4 wavelength plate 5 is provided between the polarizer 4 and the rear mirror 3b.
  • the ⁇ / 4 wave plate 5 generates a phase difference of 90 ° ( ⁇ / 2) in the polarization component of incident light, thereby converting linearly polarized light (s-polarized light or p-polarized light) into circularly polarized light and circularly polarized light into linearly polarized light.
  • the light is converted into polarized light, and is provided on the optical axis L on the left side of the polarizer 4 as shown in FIG.
  • the p-polarized light emitted from the YAG rod 1 and transmitted through the polarizer 4 is converted into circularly polarized light by the ⁇ / 4 wavelength plate 5.
  • a Pockels cell 6 is provided between the ⁇ / 4 wavelength plate 5 and the rear mirror 3b.
  • the Pockels cell 6 is a first electro-optic element that polarizes light according to an applied voltage, and is provided on the optical axis L on the left side of the ⁇ / 4 wavelength plate 5 as shown in FIG. ing.
  • the Pockels cell 6 does not polarize light when no voltage is applied, but polarizes light when a voltage is applied, and the degree of polarization depends on the applied voltage.
  • the voltage controller 7 is electrically connected to the Pockels cell 6.
  • the voltage control device 7 applies a voltage to the Pockels cell 6 and controls the voltage to be applied, and includes a voltage application circuit 7a and a control circuit 7b.
  • the voltage application circuit 7 a applies a voltage to the Pockels cell 6 and is electrically connected to the Pockels cell 6. This voltage application circuit 7a controls the application of voltage to the Pockels cell 6 by the voltage application circuit 7a, thereby changing the degree of polarization of the light incident on the Pockels cell 6 and controlling the oscillation of the laser light.
  • a circuit 7b is connected.
  • the control circuit 7b sends a signal to the voltage application circuit 7a to control the voltage application circuit 7a so that the applied voltage to the Pockels cell 6 becomes 0V.
  • the flash lamp 2 emits light and the YAG rod 1 is irradiated with light, some atoms in the YAG rod 1 are excited, and light is emitted from the YAG rod 1 along the optical axis L. As shown in FIG.
  • the light emitted from the YAG rod 1 in the direction of the polarizer 4 enters the polarizer 4 at an incident angle ⁇ that is a Brewster angle.
  • ⁇ that is a Brewster angle.
  • p-polarized light is transmitted through the polarizer 4
  • s-polarized light and circular (or elliptical) polarized light are reflected by the polarizer 4 and travel outward of the optical axis L.
  • the p-polarized light transmitted through the polarizer 4 is incident on the ⁇ / 4 wavelength plate 5 to generate a phase difference of 90 ° ( ⁇ / 2), is converted into circularly polarized light, and is incident on the Pockels cell 6.
  • the incident light since no voltage is applied to the Pockels cell 6, the incident light is transmitted without being polarized. Therefore, the circularly polarized light incident on the Pockels cell 6 passes through the Pockels cell 6 as circularly polarized light, is reflected by the rear mirror 3b, and is transmitted through the Pockels cell 6 again, as shown in FIG. 5 is incident.
  • the light emitted from the YAG rod 1 is reflected by the polarizer 4 and does not enter the YAG rod 1 again. Does not occur, and the oscillation of the pulse laser is suppressed.
  • control is performed.
  • the voltage applied by the voltage application circuit 7a to the Pockels cell 6 is changed by the circuit 7b.
  • the Pockels cell 6 functions as the ⁇ / 4 wavelength plate 5.
  • the light emitted from the YAG rod 1 in the direction of the arrow A is converted into p-polarized light by the polarizer 4 as in the above-mentioned voltage non-application state, as shown in FIG. , Converted into circularly polarized light by the ⁇ / 4 wavelength plate 5 and incident on the Pockels cell 6.
  • the Pockels cell 6 functions as the ⁇ / 4 wavelength plate 5 as described above, the light incident on the Pockels cell 6 generates a phase difference of 90 ° ( ⁇ / 2) and is s-polarized (that is, the YAG rod 1 And the p-polarized light that has been transmitted through the polarizer 4 is converted into a phase shifted by 180 ° ( ⁇ ).
  • This s-polarized light is reflected by the rear mirror 3b, is incident on the Pockels cell 6 again, further causes a phase difference of 90 °, and is circularly polarized (that is, p-polarized light that has been emitted from the YAG rod 1 and transmitted through the polarizer 4) Is shifted to 270 ° (3 ⁇ / 2).
  • This circularly polarized light is incident on the ⁇ / 4 wave plate 5, further generates a phase difference of 90 °, and has a phase difference of 360 ° with p-polarized light (that is, p-polarized light emitted from the YAG rod 1 and transmitted through the polarizer 4). (2 ⁇ ) shifted state).
  • the p-polarized light is incident on the polarizer 4 at an incident angle ⁇ that is a Brewster angle and is transmitted through the polarizer 4.
  • the light transmitted through the polarizer 4 is incident from the left side of the YAG rod 1 in FIG. 2, causes stimulated emission in the YAG rod 1, is emitted from the right side of the YAG rod 1 in FIG. 2, is reflected by the front mirror 3a,
  • the YAG rod 1 passes from the right side to the left side in FIG. Thereafter, the light reciprocates in the optical resonator 3 in the same procedure, and a part of the coherent light amplified by stimulated emission is output as a laser in the direction of arrow B from the front mirror 3a.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the change in the voltage applied to the Pockels cell 6 and the output energy of the output pulsed laser beam.
  • the peak energy of the pulse laser beam is increased. Is about 13.0 mJ and the pulse width is about 10 ns.
  • FIG. 4 is a graph showing another example of the relationship between the change in the voltage applied to the Pockels cell 6 and the output energy of the output pulsed laser beam.
  • the voltage applied by the voltage application circuit 7a to the Pockels cell 6 is gradually changed from about 0V to about ⁇ 3000V by about 800 ns from the embodiment shown in FIG. 3 by the control circuit 7b.
  • the peak energy of the pulse laser beam is about 0.6 mJ, and the pulse width is about 70 ns.
  • the pulse width of the pulse laser beam can be extended and the peak energy can be reduced.
  • FIG. 5 is a graph showing still another example of the relationship between the change in the voltage applied to the Pockels cell 6 and the output energy of the output pulsed laser beam.
  • the control circuit 7b changes the voltage applied to the Pockels cell 6 by the control circuit 7b from about 0V to about -1500V in about 300ns, and then from about -1500V to about -4500V for another 600ns. It is changed with.
  • the voltage change rate changes once between a change in voltage from about 0 V to about -1500 V and a change in voltage from about -1500 V to about -4500 V. That is, the slope of the voltage graph at about ⁇ 1500 V in FIG. 5 changes.
  • a peak can be generated after the point C (hereinafter referred to as “control point”) C where the voltage change rate is changed by the control circuit 7b.
  • the first peak energy of the pulse laser beam is about 0.5 to 0.6 mJ
  • the second peak energy is about 0.5 to 0.6 mJ
  • the pulse width is about 150 ns. Yes.
  • control circuit 7b gradually changes the rate of change of the voltage applied to the Pockels cell 6 by the voltage application circuit 7a, thereby extending the pulse width of the output pulsed laser beam and increasing the peak of the pulsed laser beam. Energy can be reduced.
  • the rate of change of the voltage applied by the voltage application circuit 7a and the number of control points C may be determined according to the required pulse width and output energy. Further, instead of using the ⁇ / 4 wavelength plate 5, instead of the Pockels cell 6, a first electro-optical element that functions as a ⁇ / 2 wavelength plate in accordance with the application of a voltage may be used.
  • FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the pulse laser oscillator according to the present invention.
  • a first Pockels cell 6a and a second Pockels cell 6b are provided between the ⁇ / 4 wave plate 5 and the rear mirror 3b.
  • These two Pockels cells 6a and 6b are first electro-optic elements that polarize light according to an applied voltage.
  • the optical axis L on the left side of the ⁇ / 4 wavelength plate 5 is used.
  • the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b are provided in this order from the ⁇ / 4 wavelength plate 5 side. These two Pockels cells 6a and 6b do not polarize light when no voltage is applied, but polarize light when voltage is applied, and the degree of polarization depends on the applied voltage.
  • the voltage controller 7 is electrically connected to the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b.
  • the voltage control device 7 applies a voltage to each of the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b and controls the voltage to be applied.
  • the voltage control device 7 includes a first voltage application circuit 8a and a second voltage application circuit 8b. And a first control circuit 9a and a second control circuit 9b.
  • the first voltage application circuit 8a applies a voltage to the first Pockels cell 6a, and is electrically connected to the first Pockels cell 6a.
  • this first voltage application circuit 8a by controlling the application of voltage to the first Pockels cell 6a by the first voltage application circuit 8a, the degree of polarization of light incident on the first Pockels cell 6a is changed, A first control circuit 9a that controls the oscillation of the laser beam is connected.
  • the second voltage application circuit 8b applies a voltage to the second Pockels cell 6b and is electrically connected to the second Pockels cell 6b.
  • the second voltage application circuit 8b changes the degree of polarization of light incident on the second Pockels cell 6b by controlling the application of voltage to the second Pockels cell 6b by the second voltage application circuit 8b.
  • a second control circuit 9b that controls the oscillation of the laser beam is connected.
  • the pulse laser is oscillated by the pulse laser oscillator
  • the first control circuit 9a and the second control circuit 9b send signals to the first voltage application circuit 8a and the second voltage application circuit 8b, respectively, and the first Pockels cell
  • the voltage applied to 6a and the second Pockels cell 6b is controlled to be 0V.
  • the flash lamp 2 emits light and the YAG rod 1 is irradiated with light, some atoms in the YAG rod 1 are excited, and light is emitted from the YAG rod 1 along the optical axis L. As shown in FIG.
  • the light emitted from the YAG rod 1 in the direction of the polarizer 4 enters the polarizer 4 at an incident angle ⁇ that is a Brewster angle.
  • ⁇ that is a Brewster angle.
  • p-polarized light is transmitted through the polarizer 4
  • s-polarized light and circular (or elliptical) polarized light are reflected by the polarizer 4 and travel outward of the optical axis L.
  • the p-polarized light transmitted through the polarizer 4 is incident on the ⁇ / 4 wavelength plate 5 to generate a phase difference of 90 ° ( ⁇ / 2), is converted into circularly polarized light, and is incident on the first Pockels cell 6a.
  • the incident light since no voltage is applied to the first Pockels cell 6a, the incident light is transmitted without being polarized. Therefore, the circularly polarized light incident on the first Pockels cell 6a passes through the first Pockels cell 6a as circularly polarized light as shown in FIG.
  • the transmitted circularly polarized light passes through the second Pockels cell 6b in the same manner as described above, remains circularly polarized, is reflected by the rear mirror 3b, passes through the second Pockels cell 6b and the first Pockels cell 6a again, and is a ⁇ / 4 wavelength plate. 5 is incident.
  • the first control circuit 9a and the second control circuit 9b change the voltages applied to the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b by the first voltage application circuit 8a and the second voltage application circuit 8b.
  • the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b are applied with voltages.
  • the light is polarized in response to.
  • the two Pockels cells 6a and 6b When a predetermined voltage is applied to each of these two Pockels cells 6a and 6b, the two Pockels cells 6a and 6b function as a ⁇ / 4 wavelength plate as a whole. At this time, the magnitude, direction and change timing of the voltage applied to the two Pockels cells 6a and 6b may be controlled to be the same by the first control circuit 9a and the second control circuit 9b. May also be controlled differently.
  • the light emitted from the YAG rod 1 in the direction of the polarizer 4 (the direction of the arrow A) is as shown in FIG.
  • the polarizer 4 As in the non-applied state, only p-polarized light is transmitted through the polarizer 4, and s-polarized light and circular (elliptical) polarized light are reflected by the polarizer 4.
  • the p-polarized light transmitted through the polarizer 4 is converted into circularly-polarized light by the ⁇ / 4 wave plate 5 and enters the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b.
  • the circularly polarized light incident on the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b has a function as a ⁇ / 4 wavelength plate because the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b function as a whole by applying a voltage.
  • the phase difference of 90 ° ( ⁇ / 2) is generated by transmitting through the two Pockels cells 6a and 6b, and the phase of the s-polarized light (that is, the p-polarized light emitted from the YAG rod 1 and transmitted through the polarizer 4 is 180 °). ( ⁇ ) shifted state).
  • the s-polarized light is reflected by the rear mirror 3b, and is incident on the second Pockels cell 6b and the first Pockels cell 6a again. Further, a phase difference of 90 ° is generated, and circularly polarized light (that is, emitted from the YAG rod 1)
  • the transmitted p-polarized light is converted to a phase shifted by 270 ° (3 ⁇ / 2).
  • This circularly polarized light is incident on the ⁇ / 4 wave plate 5, further generates a phase difference of 90 °, and has a phase difference of 360 ° with p-polarized light (that is, p-polarized light emitted from the YAG rod 1 and transmitted through the polarizer 4). (2 ⁇ ) shifted state).
  • the p-polarized light is incident on the polarizer 4 at an incident angle ⁇ that is a Brewster angle and is transmitted through the polarizer 4.
  • the light transmitted through the polarizer 4 is incident from the left side of the YAG rod 1 in FIG. 2, causes stimulated emission in the YAG rod 1, is emitted from the right side of the YAG rod 1 in FIG. 2, is reflected by the front mirror 3a,
  • the YAG rod 1 passes from the right side to the left side in FIG. Thereafter, the light reciprocates in the optical resonator 3 in the same procedure, and a part of the coherent light amplified by stimulated emission is output as a laser in the direction of arrow B from the front mirror 3a.
  • the voltage that the first voltage application circuit 8a applies to the first Pockels cell 6a (no voltage is applied to the second Pockels cell 6b) by the first control circuit 9a is about 0V as shown in FIG.
  • the peak energy of the pulse laser beam is about 13.0 mJ and the pulse width is about 10 ns.
  • the total voltage applied to the first Pockels cell 6a by the first voltage application circuit 8a by the first control circuit 9a is about 800 ns from about 0V to about ⁇ 3000V as shown in FIG.
  • the peak energy of the pulse laser beam is about 0.6 mJ and the pulse width is about 70 ns.
  • the first control circuit 9a changes the voltage applied to the first Pockels cell 6a by the first voltage application circuit 8a from about 0V to about ⁇ 1500V in about 300ns, about The voltage may be further changed from ⁇ 1500 V to about ⁇ 4500 V in 600 ns.
  • the voltage change rate changes once between a change in voltage from about 0V to about -1500V and a change in voltage from about -1500V to about -4500V. That is, the slope of the voltage graph at about ⁇ 1500 V in FIG. 5 changes.
  • the first peak energy of the pulse laser beam is about 0.5 to 0.6 mJ
  • the second peak energy is about 0.5 to 0.6 mJ
  • the pulse width is about 150 ns. Yes.
  • the first control circuit 9a gradually changes the rate of change of the voltage applied to the first Pockels cell 6a by the first voltage application circuit 8a, thereby extending the pulse width of the output pulse laser beam.
  • the peak energy of the pulse laser beam can be reduced.
  • a voltage is applied only to the second Pockels cell 6b (no voltage is applied to the first Pockels cell 6a).
  • a voltage is applied to both the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b.
  • the change rate of the voltage applied to the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b by the first voltage application circuit 8a and the second voltage application circuit 8b is stepwise by the first control circuit 9a and the second control circuit 9b.
  • the pulse width of the output pulsed laser beam can be extended, and the peak energy of the pulsed laser beam can be reduced.
  • the number of the control points C may be arbitrarily determined according to the desired pulse width and peak energy.
  • FIG. 8 is a graph schematically showing control of voltages to the two Pockels cells 6a and 6b.
  • the voltage applied to the first Pockels cell 6a is controlled by the first control circuit 9a
  • the voltage applied to the second Pockels cell 6b is controlled by the second control circuit 9b.
  • the timing for applying a voltage to these two Pockels cells 6a and 6b can be shifted.
  • the voltage control for shifting the timing of applying the voltages to the two Pockels cells 6a and 6b is performed by using two Pockels cells 6a and 6b as a whole as shown in FIG. This is equivalent to voltage control (one control point C) in which the rate of change of the total applied voltage to 6b is changed once stepwise.
  • the pulse of the pulse laser beam to be output is the same as when the rate of change of the voltage applied to one Pockels cell is changed stepwise.
  • the width can be extended and the peak energy of the pulsed laser beam can be reduced.
  • the first control circuit 9a and the second control circuit 9b do not need to change the rate of change of the voltage applied to the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b step by step, so that the control is easy. is there. Therefore, a control circuit having a simple structure can be used.
  • the change rate of the applied voltage may be changed stepwise while shifting the timing of applying the voltage to the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b.
  • the voltage control for changing the change rate of the applied voltage stepwise while shifting the timing of applying the voltage to the two Pockels cells 6a and 6b is performed as the whole of the two Pockels cells 6a and 6b. It is equivalent to voltage control in which the rate of change of voltage as shown in FIG. 9B is changed three times stepwise (three control points C) for either one Pockels cell 6a or second Pockels cell 6b. is there.
  • the voltage is applied only to one of the Pockels cells to function as a ⁇ / 4 wavelength plate. Therefore, by applying a voltage lower than the voltage required for the two Pockels cells 6a and 6b, the two Pockels cells 6a and 6b can function as a ⁇ / 4 wavelength plate as a whole.
  • both the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b are Pockels cells that function as ⁇ / 4 wavelength plates by applying a voltage of 3.6 kV
  • the voltage is applied to only one Pockels cell.
  • first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b voltages in opposite directions may be applied to the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b.
  • the peak energy of the first peak P1 is about 0.6 mJ
  • the two Pockels cells 6a the first round of peak energy of the peak P 2 when a voltage is applied to the opposite directions to each other by shifting the timing of changing the voltage to 6b is about 0.2 mJ. That is, the first peak energy can be reduced by applying voltages in opposite directions while shifting the timing of changing the voltage.
  • the first Pockels cell 6a and the second Pockels cell 6b are Pockels cells that function as ⁇ / 4 wavelength plates by applying a voltage, but these two Pockels cells 6a and 6b Any device that functions as a ⁇ / 4 wavelength plate as a whole by application may be used.
  • a Pockels cell that functions as a ⁇ / 2 wavelength plate by application of a voltage, or an electro-optical element other than a Pockels cell may be used.
  • a voltage applied to the other Pockels cell is changed in a state where a predetermined voltage is applied to one Pockels cell to function as a ⁇ / 4 wavelength plate, or a predetermined voltage is applied to the two Pockels cells 6a and 6b as a whole.
  • the oscillation of the pulsed laser may be controlled by functioning as a ⁇ / 2 wavelength plate by applying. In this case, the ⁇ / 4 wavelength plate 5 becomes unnecessary, and the number of parts of the pulse laser can be reduced.
  • the voltage value applied to the first electro-optic element by the voltage control device can be changed over time to control the pulse width of the laser light. it can. Therefore, it is possible to extend the pulse width of the output pulsed laser beam and reduce the peak energy of the pulsed laser beam.
  • the pulse width can be extended without using a beam splitter that splits the laser light or a mirror for the delay optical system, the pulse laser oscillator can be formed compactly.
  • the pulse laser oscillator when used, it is not necessary to adjust the beam splitter and the mirror for the delay optical system, so that the work for using the pulse laser oscillator becomes easy.
  • FIG. 12 is a plan view showing a pulse laser oscillator according to a third embodiment of the present invention.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different parts from the first embodiment will be described.
  • the resonator 3, the optical amplifier 11, and the laser attenuator 12 are arranged in this order from the upstream to the downstream in the traveling direction of the laser light.
  • the resonator 3 has the same function as the resonator in the first embodiment, and is a laser medium that generates laser light when excited by a flash lamp (not shown) between the front mirror 3a and the rear mirror 3b.
  • a flash lamp not shown
  • a polarizer 4 disposed behind the ND: YAG rod 1 and comprising a polarizer 4, a ⁇ / 4 wave plate 5 and a Pockels cell 6 as a polarizing element.
  • the voltage applied to the Pockels cell 6 can be controlled by the control means (not shown) in the same manner as in the first embodiment, so that the pulse width of the pulse laser beam can be expanded.
  • the optical amplifier 11 amplifies and outputs the pulse energy of the laser light, and for example, an ND: YAG rod is used.
  • the laser attenuator 12 selectively reduces energy for a specific time in one pulse of laser light.
  • a specific configuration example of the laser attenuator 12 includes first and second polarizing beam splitters 13a and 13b serving as polarizing elements arranged in a crossed Nicol configuration on the optical path of the laser beam, Laser light that is arranged between the first and second polarizing beam splitters 13a and 13b so that the optical axis forms 45 ° with respect to incident linearly polarized light (for example, P-polarized light), and passes through the inside by application of voltage.
  • the Pockels cell 14 as a second electro-optical element that rotates the plane of polarization of the light, and the control unit 15 that controls the voltage value and the application timing applied to the Pockels cell 14 are provided.
  • the Pockels cell 14 used in the third embodiment can obtain the effect of a ⁇ / 4 wave plate by applying a voltage of up to ⁇ 3.6 kV, and the third and fourth Pockels cells 14a and 14b are connected to each other. By arranging them in series and controlling the applied voltage in parallel at a maximum of ⁇ 3.6 kV, the combination of the third and fourth Pockels cells 14a and 14b can achieve the effect of a ⁇ / 2 wavelength plate.
  • the applied voltage of the third and fourth Pockels cells 14a and 14b is changed, for example, from 0 kV to -3.6 kV, the light transmittance of the laser attenuator 12 changes from 0% to 100%. Become.
  • reference numeral 16 denotes a second polarizer
  • reference numeral 17 denotes a beam expander that expands the diameter of the laser beam
  • reference numeral 18 denotes a reflection mirror.
  • the operation of the laser attenuator 12 in the operation of the third embodiment configured as described above will be described.
  • a voltage of ⁇ 3.6 kV is applied to the third and fourth Pockels cells 14a and 14b of the laser attenuator 12, respectively.
  • the laser light incident on the laser attenuator 12 first has a polarization surface parallel to the incident surface with respect to the reflection surface 19a on the reflection surface 19a of the first polarization beam splitter 13a and is transmitted through the reflection surface 19a.
  • the light is separated into linearly polarized light (p-polarized light) and linearly polarized light (s-polarized light) that has a polarization plane perpendicular to the incident surface and is reflected by the reflection surface 19a.
  • the p-polarized light transmitted through the first polarizing beam splitter 13a is incident on the third Pockels cell 14a.
  • the third Pockels cell 14a is applied with a voltage of -3.6 kV and exhibits the effect of a ⁇ / 4 wavelength plate. Therefore, the p-polarized laser light incident on the third Pockels cell 14a has a 90 ° phase difference while passing through the third Pockels cell 14a, and becomes circularly polarized light, and exits the third Pockels cell 14a.
  • the circularly polarized light is incident on the fourth Pockels cell 14b.
  • the fourth Pockels cell 14b since the voltage of -3.6 kV is also applied to the fourth Pockels cell 14b, the fourth Pockels cell 14b exhibits the effect of a ⁇ / 4 wavelength plate. Accordingly, the circularly polarized laser light incident on the fourth Pockels cell 14b has a phase difference of 90 ° while passing through the inside of the fourth Pockels cell 14b.
  • the p-polarized light transmitted through the first polarizing beam splitter 13a is incident on the second polarizing beam splitter 13b after the polarization plane is rotated by 90 ° by the third and fourth Pockels cells 14a and 14b.
  • the reflecting surfaces 19a, 19b of the polarizing beam splitters 13a, 13b are in a relationship of 90 ° rotation with respect to each other. Accordingly, the linearly polarized light incident on the second polarizing beam splitter 13b has a p-polarized relationship with respect to the reflecting surface 19b of the second polarizing beam splitter 13b, and passes through the reflecting surface 19b.
  • the polarization plane of the linearly polarized light passing through the Pockels cells 14 is not rotated, so that the p-polarized light transmitted through the first polarization beam splitter 13a is The light enters the second polarizing beam splitter 13b as it is.
  • the p-polarized light since the p-polarized light has an s-polarized relationship with respect to the reflecting surface 19b of the second polarizing beam splitter 13b, the p-polarized light is reflected by, for example, the front side (or the back side) in FIG.
  • the laser attenuator 12 is not emitted by being absorbed by a light-absorbing material (not shown).
  • the applied voltage of the third and fourth Pockels cells 14a and 14b is appropriately changed between 0 kV and ⁇ 3.6 kV, and the polarization plane of the linearly polarized light passing through the Pockels cell 14 is rotated. It is possible to adjust the energy intensity of the laser beam output from the laser attenuator 12 between 0% and 100% by taking out the polarization component having the p-polarization relationship with respect to the reflection surface 19b of the polarization beam splitter 13b. It becomes.
  • the pulse laser oscillator of the present invention is capable of extending the pulse width of laser light generated, for example, as shown in FIG. 4 or FIG. 5 when the voltage applied to the Pockels cell 6 of the Q switch 10 is gradually reduced. is there.
  • the long pulse laser beam generated in this way emits excessive pulse energy at a specific time, for example, when amorphous silicon on a semiconductor substrate is annealed to become polysilicon. There was a possibility that uniform annealing could not be performed.
  • the pulse laser oscillator of the present invention by controlling the applied voltage value and the application timing of the laser attenuator 12 to the Pockels cell 14, the pulse energy of 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.
  • the operation of the laser attenuator 12 will be described.
  • the applied voltage to the third and fourth Pockels cells 14a and 14b 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.
  • the transmittance of the laser light transmitted through the laser attenuator 3 is reduced to 50% within the first time tn, and the transmittance becomes 100% after the time tn has elapsed.
  • 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. .
  • the laser intensity within one pulse becomes substantially constant as shown in FIG.
  • the third embodiment it is possible to selectively reduce excessive energy in a specific time in a long pulse laser beam. 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.
  • the laser attenuator 12 is provided with the third and fourth Pockels cells 14a and 14b has been described.
  • the electric power that exhibits the effect of the ⁇ / 2 wavelength plate by applying a voltage is described.
  • One optical element may be used.
  • the laser attenuator 12 is provided on the downstream side of the optical amplifier 11 in the third embodiment.
  • the present invention is not limited to this and may be provided on the upstream side of the optical amplifier 11. .
  • the laser attenuator 12 is preferably provided on the downstream side of the optical amplifier 11 as in the third embodiment. Or you may provide the laser attenuator 12 so that the energy of the laser beam which inject
  • the pulse laser oscillator of the present invention may be used for any laser processing such as drilling as well as annealing.
  • Pockels cell (first electro-optic element) 6a ... 1st Pockels cell 6b ... 2nd Pockels cell 7 ... Voltage controller 11 ...
  • Optical amplifier 12 Laser attenuator 13a ... 1st polarization beam splitter (polarization element) 13b ... Second polarization beam splitter (polarization element) 14 ... Pockels cell (second electro-optic element) 14a ... the third Pockels cell 14b ... the fourth Pockels cell

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Abstract

　本発明は、印加された電圧に応じて光を偏光する第１の電気光学素子と、前記第１の電気光学素子に電圧を印加するとともに電圧を制御する電圧制御装置とを備えたパルスレーザ発振器であって、前記電圧制御装置によって前記第１の電気光学素子に印加する電圧値を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を制御するものである。

Description

パルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法
　本発明は、印加された電圧に応じて光を偏光する電気光学素子を備えたパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法に関し、詳しくは、電気光学素子に印加する電圧を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を伸長し、出力されるパルスレーザ光のピークエネルギーを低下させることができるパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法に係るものである。
　従来のパルスレーザ発振器として、レーザ媒質、これを励起する励起用光源及びレーザ媒質が放射した光を往復増幅する共振器を有してパルスレーザ光を得る構成であって、レーザ媒質の片側に高反射率ミラーを、他方側に低反射率ミラーを配設してなる共振器間にＱスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を配設し、レーザ光を共振器内に完全に閉じ込めた状態でＱスイッチ発振を行わせ、共振器内に蓄積されたパルスレーザ光のピークレベル近傍で、続けてキャビティダンプ素子を動作させてキャビティダンプを行なわせることにより、共振器内部に蓄積されたエネルギーを瞬間的に外部に取り出すように構成されたものがあった（例えば特許文献１参照）。
特開２００３－６９１１８号公報
　しかし、従来のパルスレーザ発振器においては、共振器内部に蓄積されたエネルギーが瞬間的に外部に取り出されるため、出力されるパルスレーザ光のピークエネルギーが大きくなりすぎ、レーザが照射される対象物を損傷するおそれがあった。
　そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、パルス幅を伸長することにより、出力されるパルスレーザ光のピークエネルギーを低下させることができるパルスレーザ発振器及びパルスレーザ発振制御方法を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明によるパルスレーザ発振器は、印加された電圧に応じて光を偏光する第１の電気光学素子と、前記第１の電気光学素子に電圧を印加するとともに電圧を制御する電圧制御装置とを備えたパルスレーザ発振器であって、前記電圧制御装置によって前記第１の電気光学素子に印加する電圧値を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を制御するものである。
　この場合、前記第１の電気光学素子は複数備えられ、該複数の第１の電気光学素子の個々に印加する電圧値をそれぞれ経時的に変化させてもよい。
　好ましくは、前記電圧制御装置は、前記第１の電気光学素子に印加する電圧値の変化率を段階的に変化させるのが望ましい。
　また、前記第１の電気光学素子を２つ備え、前記電圧制御装置によって、前記２つの第１の電気光学素子にそれぞれ互いに反対向きの電圧を印加してもよい。
　さらに、前記電気光学素子はポッケルスセルであり、さらにλ／４波長板を備えるとよい。
　さらにまた、前記レーザ光の光路上には、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第２の電気光学素子と、前記第２の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、を含むレーザ用アッテネータがさらに備えられてもよい。
　この場合、前記第２の電気光学素子は、ポッケルスセルであるとよい。
　また、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てもよい。
　好ましくは、前記レーザ用アッテネータは、前記レーザ光の光路上に設けられた光増幅器の下流側に備えられるのがよい。
　そして、本発明によるパルスレーザ発振制御方法は、印加された電圧に応じて光を偏光する第１の電気光学素子に印加する電圧を変化させることにより、レーザ光の発振を制御するレーザ発振制御方法において、前記第１の電気光学素子に印加する電圧値を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を制御するものである。
　この場合、前記第１の電気光学素子は複数備えられ、該複数の第１の電気光学素子の個々に印加する電圧値をそれぞれ経時的に変化させてもよい。
　好ましくは、前記第１の電気光学素子に印加する電圧値の変化率を段階的に変化させるのが望ましい。
　また、前記第１の電気光学素子を２つ備え、前記電圧制御装置によって、前記２つの第１の電気光学素子にそれぞれ互いに反対向きの電圧を印加してもよい。
　本発明によれば、電圧制御装置によって第１の電気光学素子に印加する電圧値を経時的に変化させて、レーザ光のパルス幅を制御することができる。したがって、出力されるパルスレーザ光のパルス幅を伸長させると共に、パルスレーザ光のピークエネルギーを低下させることができる。
　また、レーザ光を分光するビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを使用せずにパルス幅を伸長させることができるため、パルスレーザ発振器をコンパクトに形成することができる。
　さらに、パルスレーザ発振器を使用する際に、上記ビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを調整する必要がないため、パルスレーザ発振器を使用するための作業が容易になる。
本発明によるパルスレーザ発振器の第１の実施形態における電圧非印加状態を示す概略図である。 上記第１の実施形態における電圧印加状態を示す概略図である。 上記第１の実施形態のポッケルスセルに印加する電圧の変化と、出力されるパルスレーザ光の出力エネルギーの関係の一例を示すグラフである。 図３に記載の関係の他の例を示すグラフである。 図３及び図４に記載の関係のさらに他の例を示すグラフである。 本発明によるパルスレーザ発振器の第２の実施形態における電圧非印加状態を示す概略図である。 上記第２の実施形態における電圧印加状態を示す概略図である。 上記第２の実施形態の２つのポッケルスセルへの電圧の制御を模式的に示すグラフであり、（ａ）は２つのポッケルスセルにそれぞれ電圧を印加する制御、（ｂ）は（ａ）時における２つのポッケルスセルのトータル印加電圧を示すグラフである。 図８に記載の電圧の制御の他の例を示すグラフである。 上記第２の実施形態のポッケルスセルに印加する電圧と、パルスレーザ光の出力エネルギーの関係の一例を示すグラフであり、（ａ）は１つのポッケルスセルにのみ電圧を印加する場合、（ｂ）は２つのポッケルスセルに同一方向に電圧を印加する場合を示すグラフである。 上記第２の実施形態の２つのポッケルスセルに同一方向に電圧を印加した場合と、反対方向に電圧を印加した場合と、に出力されるパルスレーザ光の出力エネルギーを比較するグラフである。 本発明によるパルスレーザ発振器の第３の実施形態を示す平面図である。 上記第３の実施形態のレーザ用アッテネータの一構成例を示す平面図である。 上記レーザ用アッテネータによる１パルスのレーザ光における特定時間のエネルギーが選択的に低減される様子を示す説明図であり、（ａ）は低減前の状態を示し、（ｂ）は低減後の状態を示す。 上記レーザ用アッテネータによる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ための電圧制御について示す説明図であり、（ａ）は、印加電圧の時間変化を示し、（ｂ）はそのときの透過率の時間変化を示す。
　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は本発明によるパルスレーザ発振器の第１の実施形態を示す図である。このパルスレーザ発振器は、Ｑ値（後述する光共振器３内に蓄えられたエネルギー／光共振器３の外部に失われるエネルギー）を切り替えることによりジャイアントパルスを発生させるＱスイッチ法によりジャイアントパルスを発生させるＹＡＧレーザであって、ＹＡＧロッド１と、フラッシュランプ２と、光共振器３と、ポラライザー４と、λ／４波長板５と、ポッケルスセル６と、電圧制御装置７と、を備える。
　上記ＹＡＧロッド１は、後述するフラッシュランプ２から光に照射されることにより光を放出し、放出した光を誘導放出により増幅させるものであって、図１に示すように、光軸Ｌに沿って光を放出する固体のレーザ媒質である。このＹＡＧロッド１のかわりに、Ｎｄ：ＹＡＧロッドやＥｒ：ＹＡＧロッドなどの他のレーザ媒質を使用してもよい。
　ＹＡＧロッド１の側面（図１におけるＹＡＧロッド１の上側）にはフラッシュランプ２が設けられている。このフラッシュランプ２は、ＹＡＧロッド１に光を照射して、ＹＡＧロッド１からの光の放出を開始させるものであり、例えばキセノンフラッシュランプやレーザダイオードが使用される。
　図１におけるＹＡＧロッド１の左右の両側方には、フロントミラー３ａ及びリアミラー３ｂが設けられている。このフロントミラー３ａ及びリアミラー３ｂは、ＹＡＧロッド１から放出された光を２枚のミラー間で往復させるものであり、フロントミラー３ａとリアミラー３ｂとによって、ＹＡＧロッド１内で誘導放出を生じさせてコヒーレントな光を増幅させる光共振器３を構成している。
　上記フロントミラー３ａは、入射光の一部を透過させる部分透過ミラーであって、ＹＡＧロッド１から放出される光の光軸Ｌ上のレーザ光が放出される側に設置される。Ｑスイッチ法により瞬間的に増幅されたレーザ光の一部が、このフロントミラー３ａを通じて光共振器３内から取り出される。
　また、上記リアミラー３ｂは、ＹＡＧロッド１を間にしてフロントミラー３ａと反対側の光軸Ｌ上に設けられた全反射ミラーであり、フロントミラー３ａとの間で光軸Ｌ上の光を往復させる。
　上記リアミラー３ｂとＹＡＧロッド１との間の光軸Ｌ上には、ポラライザー４が設けられている。このポラライザー４は、入射光のうち、入射面に対して垂直な偏光成分であるｓ偏光を反射することにより、入射面に対して平行な偏光成分であるｐ偏光だけを透過させるものであって、Ｑスイッチ法におけるシャッターの役割を果たす偏光子である。ポラライザー４の材質は、ガラスやプラスチックであり、入射光の入射角θが、ｐ偏光の反射率が０になるブリュースター角となるように光軸Ｌに対して傾いて設置されている。このポラライザー４は、複数設けられてもよい。また、ポラライザー４は、ｓ偏光又はｐ偏光のいずれか一方のみを透過させるものであればよく、上記のものの他にも、例えば偏光プリズムや偏光フィルタ等の偏光子を使用してもよい。
　なお、以下の説明で使用するｓ偏光及びｐ偏光という語は、このポラライザー４に対するｓ偏光及びｐ偏光を指すものとする。
　上記ポラライザー４とリアミラー３ｂとの間には、λ／４波長板５が設けられている。このλ／４波長板５は、入射光の偏光成分に９０°（π／２）の位相差を生じさせることにより、直線偏光（上記ｓ偏光又はｐ偏光）を円偏光に、円偏光を直線偏光に変換するものであって、図１に示すように、ポラライザー４の左側の光軸Ｌ上に設けられている。ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光は、このλ／４波長板５により円偏光に変換される。
　上記λ／４波長板５とリアミラー３ｂとの間には、ポッケルスセル６が設けられている。このポッケルスセル６は、印加された電圧に応じて光を偏光する第１の電気光学素子であって、図１に示すように、λ／４波長板５の左側の光軸Ｌ上に設けられている。ポッケルスセル６は、電圧が印加されていない状態では光を偏光しないが、電圧が印加されると光を偏光し、その偏光の度合いは印加電圧に依存する。
　上記ポッケルスセル６には、電圧制御装置７が電気的に接続されている。電圧制御装置７は、ポッケルスセル６に電圧を印加するとともに印加する電圧を制御するものであって、電圧印加回路７ａと、制御回路７ｂとからなる。
　電圧印加回路７ａは、ポッケルスセル６に電圧を印加するものであって、ポッケルスセル６に電気的に接続されている。この電圧印加回路７ａには、電圧印加回路７ａによるポッケルスセル６への電圧の印加を制御することで、ポッケルスセル６に入射した光の偏光の度合いを変化させ、レーザ光の発振を制御する制御回路７ｂが接続されている。
　次に、このように構成されたパルスレーザ発振器の動作及びパルスレーザ発振制御方法について、図１～図５を参照して説明する。
　このパルスレーザ発振器によりパルスレーザを発振する際、まず、制御回路７ｂは、電圧印加回路７ａに信号を送り、ポッケルスセル６への印加電圧が０Ｖとなるように電圧印加回路７ａを制御する。この状態で、フラッシュランプ２が発光し、ＹＡＧロッド１に光を照射すると、ＹＡＧロッド１内の一部の原子が励起状態となり、ＹＡＧロッド１から光軸Ｌに沿って光が放出される。ＹＡＧロッド１からポラライザー４の方向（矢印Ａの方向）に放出された光は、図１に示すように、ブリュースター角となる入射角θでポラライザー４に入射する。入射した光のうち、ｐ偏光はポラライザー４を透過し、ｓ偏光及び円（又は楕円）偏光はポラライザー４により反射されて光軸Ｌの外方へ進む。
　ポラライザー４を透過したｐ偏光は、λ／４波長板５に入射して９０°（π／２）の位相差を生じ、円偏光に変換され、ポッケルスセル６に入射する。ここで、ポッケルスセル６には電圧が印加されていないため、入射光を偏光せずに透過させる。したがって、ポッケルスセル６に入射した上記円偏光は、図１に示すように、円偏光のままポッケルスセル６を透過し、リアミラー３ｂに反射され、再度ポッケルスセル６を透過し、λ／４波長板５に入射する。
　円偏光がλ／４波長板５に入射すると、さらに９０°（π／２）の位相差を生じ、ｓ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が１８０°（π）ずれた状態）に変換され、ポラライザー４にブリュースター角となる入射角θで入射する。ポラライザー４は上述の通り、ｓ偏光を反射する機能を備えるため、入射したｓ偏光はポラライザー４に反射されて光軸Ｌの外方へ進む。
　このように、ポッケルスセル６に電圧を印加しない状態においては、ＹＡＧロッド１から放出された光はポラライザー４により反射されてしまい、再びＹＡＧロッド１に入射しないため、光共振器３内での共振が発生せず、パルスレーザの発振が抑制される。
　次に、ＹＡＧロッド１内の励起された原子の数が、パルスレーザ光として出力したいエネルギーに必要な量となる（反転分布が十分大きくなる）まで上記の電圧非印加状態を維持した後、制御回路７ｂによって電圧印加回路７ａがポッケルスセル６に印加する電圧を変化させる。電圧印加回路７ａによってポッケルスセル６に所定の電圧が印加されると、ポッケルスセル６はλ／４波長板５として機能する。
　ポッケルスセル６に電圧が印加された状態において、ＹＡＧロッド１から矢印Ａの方向に放出された光は、図２に示すように、上記電圧非印加状態と同様、ポラライザー４によりｐ偏光に変換され、λ／４波長板５により円偏光に変換され、ポッケルスセル６に入射する。ポッケルスセル６に入射した光は、上記の通りポッケルスセル６がλ／４波長板５として機能しているため、９０°（π／２）の位相差を生じ、ｓ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が１８０°（π）ずれた状態）に変換される。
　このｓ偏光はリアミラー３ｂにより反射され、再度ポッケルスセル６に入射し、さらに９０°の位相差を生じ、円偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が２７０°（３π／２）ずれた状態）に変換される。この円偏光は、λ／４波長板５に入射し、さらに９０°の位相差を生じ、ｐ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が３６０°（２π）ずれた状態）に変換される。
　このｐ偏光は、ポラライザー４にブリュースター角となる入射角θで入射し、ポラライザー４を透過する。ポラライザー４を透過した光は、図２におけるＹＡＧロッド１の左側から入射し、ＹＡＧロッド１内で誘導放出を生じさせ、図２におけるＹＡＧロッド１の右側から放出され、フロントミラー３ａに反射され、ＹＡＧロッド１を図２における右側から左側に通過する。以下、同様の手順で光共振器３内を光が往復し、誘導放出により増幅されたコヒーレントな光の一部がフロントミラー３ａから矢印Ｂの方向にレーザとして出力される。
　図３は、ポッケルスセル６に印加する電圧の変化と、出力されるパルスレーザ光の出力エネルギーの関係の一例を示すグラフである。本発明によるパルスレーザ発振器の実施形態において、制御回路７ｂによって、電圧印加回路７ａがポッケルスセル６に印加する電圧を、約０Ｖから約－４０００Ｖまで約１００ｎｓで変化させると、パルスレーザ光のピークエネルギーが約１３．０ｍＪ、パルス幅が約１０ｎｓとなっている。
　また、図４は、ポッケルスセル６に印加する電圧の変化と、出力されるパルスレーザ光の出力エネルギーの関係の他の例を示すグラフである。本実施例においては、制御回路７ｂによって、電圧印加回路７ａがポッケルスセル６に印加する電圧を、約０Ｖから約－３０００Ｖまで約８００ｎｓで上記図３に示す実施例より緩やかに変化させており、パルスレーザ光のピークエネルギーが約０．６ｍＪ、パルス幅が約７０ｎｓとなっている。このように、電圧印加回路７ａにより印加する電圧の変化率を、制御回路７ｂによって小さくすることにより、パルスレーザ光のパルス幅を伸長させ、ピークエネルギーを低下させることができる。
　さらに、図５は、ポッケルスセル６に印加する電圧の変化と、出力されるパルスレーザ光の出力エネルギーの関係のさらに他の例を示すグラフである。本実施例においては、制御回路７ｂによって、電圧印加回路７ａがポッケルスセル６に印加する電圧を、約０Ｖから約－１５００Ｖまで約３００ｎｓで変化させた後、約－１５００Ｖから約－４５００Ｖまでさらに６００ｎｓで変化させている。
　図５に示すように、約０Ｖから約－１５００Ｖまでの電圧の変化と、約－１５００Ｖから約－４５００Ｖまでの電圧の変化との間では、電圧の変化率が１回変化している。すなわち、図５における約－１５００Ｖ前後での電圧のグラフの勾配が変化している。このように、電圧の変化率を段階的に変化させると、制御回路７ｂによって電圧の変化率を変化させる点（以下「制御点」という。）Ｃの後にもピークを生じさせることができる。本実施例においては、パルスレーザ光の第１のピークエネルギーが約０．５～０．６ｍＪ、第２のピークエネルギーも同様に約０．５～０．６ｍＪ、パルス幅が約１５０ｎｓとなっている。このように、制御回路７ｂによって電圧印加回路７ａがポッケルスセル６に印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザ光のパルス幅を伸長させ、パルスレーザ光のピークエネルギーを低下させることができる。
　なお、電圧印加回路７ａにより印加する電圧の変化率及び制御点Ｃの数は、必要なパルス幅及び出力エネルギーに応じて定めればよい。また、λ／４波長板５を使用せず、ポッケルスセル６にかえて、電圧の印加に応じてλ／２波長板として機能する第１の電気光学素子を使用することとしてもよい。
　図６は本発明によるパルスレーザ発振器の第２の実施形態を示す図である。ここでは、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して、第１の実施形態と異なる部分について説明する。
　この第２の実施形態において、λ／４波長板５とリアミラー３ｂとの間には、第１ポッケルスセル６ａと第２ポッケルスセル６ｂとが設けられている。これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂは、印加された電圧に応じて光を偏光する第１の電気光学素子であって、図６に示すように、λ／４波長板５の左側の光軸Ｌ上に、λ／４波長板５側から第１ポッケルスセル６ａ、第２ポッケルスセル６ｂの順に設けられている。これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂは、電圧を印加されていない状態では光を偏光しないが、電圧を印加されると光を偏光し、その偏光の度合いは印加電圧に依存する。
　上記第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂには、電圧制御装置７が電気的に接続されている。電圧制御装置７は、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂの個々に電圧を印加するとともに印加する電圧を制御するものであって、第１電圧印加回路８ａと、第２電圧印加回路８ｂと、第１制御回路９ａと、第２制御回路９ｂとからなる。
　第１電圧印加回路８ａは、第１ポッケルスセル６ａに電圧を印加するものであって、第１ポッケルスセル６ａに電気的に接続されている。この第１電圧印加回路８ａには、第１電圧印加回路８ａによる第１ポッケルスセル６ａへの電圧の印加を制御することで、第１ポッケルスセル６ａに入射した光の偏光の度合いを変化させ、レーザ光の発振を制御する第１制御回路９ａが接続されている。
　第２電圧印加回路８ｂは、第２ポッケルスセル６ｂに電圧を印加するものであって、第２ポッケルスセル６ｂに電気的に接続されている。この第２電圧印加回路８ｂには、第２電圧印加回路８ｂによる第２ポッケルスセル６ｂへの電圧の印加を制御することで、第２ポッケルスセル６ｂに入射した光の偏光の度合いを変化させ、レーザ光の発振を制御する第２制御回路９ｂが接続されている。
　次に、このように構成されたパルスレーザ発振器の第２の実施形態の動作及びパルスレーザ発振制御方法について説明する。
　このパルスレーザ発振器によりパルスレーザを発振する際、まず、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂは、第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂにそれぞれ信号を送り、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂへの印加電圧が０Ｖとなるように制御する。この状態で、フラッシュランプ２が発光し、ＹＡＧロッド１に光を照射すると、ＹＡＧロッド１内の一部の原子が励起状態となり、ＹＡＧロッド１から光軸Ｌに沿って光が放出される。ＹＡＧロッド１からポラライザー４の方向（矢印Ａの方向）に放出された光は、図６に示すように、ブリュースター角となる入射角θでポラライザー４に入射する。入射した光のうち、ｐ偏光はポラライザー４を透過し、ｓ偏光及び円（又は楕円）偏光はポラライザー４により反射されて光軸Ｌの外方へ進む。
　ポラライザー４を透過したｐ偏光は、λ／４波長板５に入射して９０°（π／２）の位相差を生じ、円偏光に変換され、第１ポッケルスセル６ａに入射する。ここで、第１ポッケルスセル６ａには電圧が印加されていないため、入射光を偏光せずに透過させる。したがって、第１ポッケルスセル６ａに入射した上記円偏光は、図１に示すように、円偏光のまま第１ポッケルスセル６ａを透過する。透過した円偏光は第２ポッケルスセル６ｂについても上記と同様に円偏光のまま透過し、リアミラー３ｂで反射され、再度第２ポッケルスセル６ｂ及び第１ポッケルスセル６ａを透過し、λ／４波長板５に入射する。
　円偏光がλ／４波長板５に入射すると、さらに９０°（π／２）の位相差を生じ、ｓ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が１８０°（π）ずれた状態）に変換され、ポラライザー４にブリュースター角となる入射角θで入射する。ポラライザー４は上述の通り、ｓ偏光を反射する機能を備えるため、入射したｓ偏光はポラライザー４に反射されて光軸Ｌの外方へ進む。
　このように、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧を印加しない状態においては、ＹＡＧロッド１から放出された光はポラライザー４により反射されてしまい、再びＹＡＧロッド１に入射しないため、光共振器３内での共振が発生せず、パルスレーザの発振が抑制される。
　次に、ＹＡＧロッド１内の励起された原子の数が、パルスレーザ光として出力したいエネルギーに必要な量となる（反転分布が十分大きくなる）まで上記の電圧非印加状態を維持した後、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂが第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧を変化させる。第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂによって、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧が印加されると、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂは印加された電圧に応じて光を偏光する。これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂにそれぞれ所定の電圧を印加すると、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂは全体としてλ／４波長板として機能する。このとき、上記２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに印加する電圧の大きさ、方向、及び変化させるタイミングは、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、同一になるように制御されてもよく、また異なるように制御されてもよい。
　第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧が印加された状態において、ＹＡＧロッド１からポラライザー４の方向（矢印Ａの方向）に放出された光は、図７に示すように、上記電圧非印加状態と同様、ｐ偏光のみポラライザー４を透過し、ｓ偏光及び円（楕円）偏光は、ポラライザー４に反射される。ポラライザー４を透過したｐ偏光は、λ／４波長板５により円偏光に変換され、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに入射する。第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに入射した円偏光は、電圧の印加により第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂが全体としてλ／４波長板として機能しているため、これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂを透過することで９０°（π／２）の位相差を生じ、ｓ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が１８０°（π）ずれた状態）に変換される。
　このｓ偏光はリアミラー３ｂにより反射され、再度第２ポッケルスセル６ｂ及び第１ポッケルスセル６ａに入射し、さらに９０°の位相差を生じ、円偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が２７０°（３π／２）ずれた状態）に変換される。この円偏光は、λ／４波長板５に入射し、さらに９０°の位相差を生じ、ｐ偏光（すなわち、ＹＡＧロッド１から放出され、ポラライザー４を透過したｐ偏光とは、位相が３６０°（２π）ずれた状態）に変換される。
　このｐ偏光は、ポラライザー４にブリュースター角となる入射角θで入射し、ポラライザー４を透過する。ポラライザー４を透過した光は、図２におけるＹＡＧロッド１の左側から入射し、ＹＡＧロッド１内で誘導放出を生じさせ、図２におけるＹＡＧロッド１の右側から放出され、フロントミラー３ａに反射され、ＹＡＧロッド１を図２における右側から左側に通過する。以下、同様の手順で光共振器３内を光が往復し、誘導放出により増幅されたコヒーレントな光の一部がフロントミラー３ａから矢印Ｂの方向にレーザとして出力される。
　ここで、第１制御回路９ａによって、第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧のみ（第２ポッケルスセル６ｂには電圧を印加しない）を、図３に示すように約０Ｖから約－４０００Ｖまで約１００ｎｓで変化させると、パルスレーザ光のピークエネルギーが約１３．０ｍＪ、パルス幅が約１０ｎｓとなる。
　また、第１制御回路９ａによって、第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧の合計を、図４に示すように約０Ｖから約－３０００Ｖまで約８００ｎｓで図３に示す実施例より緩やかに変化させると、パルスレーザ光のピークエネルギーが約０．６ｍＪ、パルス幅が約７０ｎｓとなる。このように、第１電圧印加回路８ａにより印加する電圧の変化率を、第１制御回路９ａによって小さくすることにより、パルスレーザ光のパルス幅を伸長させ、ピークエネルギーを低下させることができる。これは、第２ポッケルスセル６ｂにのみ電圧を印加する（第１ポッケルスセル６ａには電圧を印加しない）場合においても同様である。また、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂの両方に電圧を印加する場合であっても同様である。すなわち、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧を変化させることにより、出力されるパルスレーザ光のパルス幅を伸長させ、パルスレーザ光のピークエネルギーを低下させることができる。
　さらに、図５に示すように、第１制御回路９ａによって、第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧を、約０Ｖから約－１５００Ｖまで約３００ｎｓで変化させた後、約－１５００Ｖから約－４５００Ｖまでさらに６００ｎｓで変化させてもよい。
　図５においては、約０Ｖから約－１５００Ｖまでの電圧の変化と、約－１５００Ｖから約－４５００Ｖまでの電圧の変化との間で電圧の変化率が１回変化している。すなわち、図５における約－１５００Ｖ前後での電圧のグラフの勾配が変化している。このように、電圧の変化率を段階的に変化させると、第１制御回路９ａによって電圧の変化率を変化させる制御点Ｃの後にもピークを生じさせることができる。本実施例においては、パルスレーザ光の第１のピークエネルギーが約０．５～０．６ｍＪ、第２のピークエネルギーも同様に約０．５～０．６ｍＪ、パルス幅が約１５０ｎｓとなっている。
　このように、第１制御回路９ａによって第１電圧印加回路８ａが第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザ光のパルス幅を伸長させ、パルスレーザ光のピークエネルギーを低下させることができる。これは、第２ポッケルスセル６ｂにのみ電圧を印加する（第１ポッケルスセル６ａには電圧を印加しない）場合においても同様である。また、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂの両方に電圧を印加する場合であっても同様である。すなわち、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂによって、第１電圧印加回路８ａ及び第２電圧印加回路８ｂが第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、出力されるパルスレーザ光のパルス幅を伸長させ、パルスレーザ光のピークエネルギーを低下させることができる。
　なお、上記制御点Ｃの数は、所望のパルス幅及びピークエネルギーに応じて任意に決定すればよい。
　図８は、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂへの電圧の制御を模式的に示すグラフである。図８（ａ）に示すように、第１制御回路９ａによって第１ポッケルスセル６ａに印加する電圧を制御し、第２制御回路９ｂによって第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧を制御することによって、これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらすことができる。このように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらす電圧の制御は、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体として、図８（ｂ）に示すような、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂへのトータル印加電圧の変化率を段階的に１回変化させる（制御点Ｃが１つの）電圧の制御と等価である。すなわち、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらすことによって、一方のポッケルスセルに印加する電圧の変化率を段階的に変化させた場合と同様、出力されるパルスレーザ光のパルス幅を伸長させ、パルスレーザ光のピークエネルギーを低下させることができる。この際、第１制御回路９ａ及び第２制御回路９ｂは、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させる必要がないため、制御が容易である。したがって、簡単な構造の制御回路を使用することができる。
　また、図９（ａ）に示すように、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに電圧を印加するタイミングをずらしつつ、印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させてもよい。このように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を印加するタイミングをずらしつつ、印加する電圧の変化率をそれぞれ段階的に変化させる電圧の制御は、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体として、第１ポッケルスセル６ａ又は第２ポッケルスセル６ｂのいずれか一方に対する、図９（ｂ）のような電圧の変化率を段階的に３回変化させる（制御点Ｃが３つ）電圧の制御と等価である。
　図１０及び図１１で示したように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに互いに同じ向きの電圧を印加する場合には、一方のポッケルスセルにのみ電圧を印加してλ／４波長板として機能させるために必要な電圧より低い電圧を２つのポッケルスセル６ａ，６ｂにそれぞれ印加することで、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体としてλ／４波長板として機能させることができる。
　例えば、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂがともに、３．６ｋＶの電圧を印加することでλ／４波長板として機能するポッケルスセルであった場合、いずれか一方のポッケルスセルにのみ電圧を印加して（他方には電圧を印加しないで）、パルスレーザ光の出力エネルギーを１００％得るためには、電圧を印加する一方のポッケルスセルをλ／４波長板として機能させる必要があるため、図１０（ａ）に示すように、３．６ｋＶの電圧を印加する必要がある。これに対して、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに互いに同じ向きのかつ同じ大きさの電圧を印加して、パルスレーザ光の出力エネルギーを１００％得るためには、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体としてλ／４波長板として機能させればよいので、図１０（ｂ）に示すように、１．８ｋＶの電圧を印加するだけでよい。すなわち、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに互いに同じ向きの電圧を印加する場合には、パルスレーザ光の出力エネルギーを１００％得るために必要な電圧を低下させることができる。
　さらに、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂに、互いに反対向きの電圧を印加してもよい。図１１に示すように、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに同一方向に電圧を印加した場合の第１回目のピークＰ１のピークエネルギーは約０．６ｍＪであるのに対し、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂに電圧を変化させるタイミングをずらして互いに反対向きの電圧を印加した場合の第１回目のピークＰ２のピークエネルギーは約０．２ｍＪである。すなわち、電圧を変化さえるタイミングをずらして互いに反対向きの電圧を印加すると、第１回目のピークエネルギーを低下させることができる。
　なお、上記実施形態において、第１ポッケルスセル６ａ及び第２ポッケルスセル６ｂは、電圧の印加によりλ／４波長板として機能するポッケルスセルを用いたが、これら２つのポッケルスセル６ａ，６ｂは電圧の印加により全体としてλ／４波長板として機能するものであればよく、例えば電圧の印加によりλ／２波長板として機能するポッケルスセルや、ポッケルスセル以外の電気光学素子を使用することとしてもよい。
　また、一方のポッケルスセルに所定の電圧を印加してλ／４波長板として機能させた状態で他方のポッケルスセルに印加する電圧を変化させたり、２つのポッケルスセル６ａ，６ｂ全体として所定の電圧を印加することによりλ／２波長板として機能させることによって、パルスレーザの発振を制御することとしてもよい。この場合、λ／４波長板５が不要となり、パルスレーザの部品点数を減少させることができる。
　このように、上記第１及び第２の実施形態によれば、電圧制御装置によって第１の電気光学素子に印加する電圧値を経時的に変化させて、レーザ光のパルス幅を制御することができる。したがって、出力されるパルスレーザ光のパルス幅を伸長させると共に、パルスレーザ光のピークエネルギーを低下させることができる。
　また、レーザ光を分光するビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを使用せずにパルス幅を伸長させることができるため、パルスレーザ発振器をコンパクトに形成することができる。
　さらに、パルスレーザ発振器を使用する際に、上記ビームスプリッタや、遅延光学系のためのミラーを調整する必要がないため、パルスレーザ発振器を使用するための作業が容易になる。
　そして、電気光学素子に印加する電圧の変化率を段階的に変化させることにより、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と共に、パルスレーザ光のピークエネルギーをより低下させることができる。
　図１２は本発明によるパルスレーザ発振器の第３の実施形態を示す平面図である。ここでは、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付し、第１の実施形態と異なる部分について説明する。
　この第３の実施形態は、共振器３と、光増幅器１１と、レーザ用アッテネータ１２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。
　上記共振器３は、上記第１の実施形態における共振器と同じ機能を有するものであり、フロントミラー３ａ及びリアミラー３ｂ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１と、該ＮＤ：ＹＡＧロッド１の後方に配置され、偏光素子としてのポラライザー４、λ／４波長板５及びポッケルスセル６から成るＱスイッチ１０と、を備えて構成されている。
　この場合、上記ポッケルスセル６に対する印加電圧を、図示省略の制御手段により上記第１の実施形態と同様に制御して、パルスレーザ光のパルス幅を拡大することができる。
　上記光増幅器１１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。
　また、上記レーザ用アッテネータ１２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ある。
　上記レーザ用アッテネータ１２の具体的構成例は、図１３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１３ａ，１３ｂと、該第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１３ａ，１３ｂ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第２の電気光学素子としてのポッケルスセル１４と、該ポッケルスセル１４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１５と、を備えたものである。
　本第３の実施形態において使用するポッケルスセル１４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３及び第４ポッケルスセル１４ａ，１４ｂ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３及び第４ポッケルスセル１４ａ，１４ｂ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３及び第４ポッケルスセル１４ａ，１４ｂ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１２の光透過率は０％～１００％まで変化することになる。
　なお、図１２において、符号１６は、第２のポラライザーであり、符号１７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１８は、反射ミラーである。
　次に、このように構成された第３の実施形態の動作で、特にレーザ用アッテネータ１２の動作について説明する。
　先ず、レーザ用アッテネータ１２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１２の第３及び第４ポッケルスセル１４ａ，１４ｂには、夫々－３．６ｋＶの電圧が印加される。
　このとき、レーザ用アッテネータ１２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１３ａの反射面１９ａにおいて、該反射面１９ａに対する入射面に平行な偏光面を有し反射面１９ａ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１９ａで反射される直線偏光（ｓ偏光）とに分離される。
　第１の偏光ビームスプリッタ１３ａを透過したｐ偏光は、第３ポッケルスセル１４ａに入射する。この場合、第３ポッケルスセル１４ａ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３ポッケルスセル１４ａに入射したｐ偏光のレーザ光は、第３ポッケルスセル１４ａを通過中に９０°の位相差が生じて円偏光となって第３ポッケルスセル１４ａを射出する。
　続いて、上記円偏光は、第４ポッケルスセル１４ｂに入射する。このとき第４ポッケルスセル１４ｂにも－３．６ｋＶの電圧が印加されているので、第４ポッケルスセル１４ｂは、λ／４波長板の効果を発揮する。したがって、該第４ポッケルスセル１４ｂに入射した円偏光のレーザ光は、第４ポッケルスセル１４ｂの内部を通過中にさらに９０°の位相差が生じることになる。これにより、第１の偏光ビームスプリッタ１３ａを透過したｐ偏光は、第３及び第４ポッケルスセル１４ａ，１４ｂ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１３ｂに入射することになる。
　ここで、第１の偏光ビームスプリッタ１３ａと第２の偏光ビームスプリッタ１３ｂ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１３ａ，１３ｂの反射面１９ａ，１９ｂ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１３ｂに入射する直線偏光は、第２の偏光ビームスプリッタ１３ｂの反射面１９ｂに対してはｐ偏光の関係となり、該反射面１９ｂを透過していく。
　一方、第３及び第４ポッケルスセル１４ａ，１４ｂに電圧を印加しないときには、該ポッケルスセル１４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１３ａ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１３ｂ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１３ｂの反射面１９ｂに対しては、ｓ偏光の関係になるので、該反射面１９ｂで図１３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１２を射出しない。
　このように、第３及び第４ポッケルスセル１４ａ，１４ｂ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１４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１３ｂの反射面１９ｂ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１２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。
　ところで、本発明のパルスレーザ発振器は、Ｑスイッチ１０のポッケルスセル６に対する印加電圧を漸減制御すると、例えば図４又は図５に示すように発生するレーザ光のパルス幅を伸長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。
　そこで本発明のパルスレーザ発振器においては、レーザ用アッテネータ１２のポッケルスセル１４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１２の上記動作を説明する。
　レーザ用アッテネータ１２に、例えば図１４（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１５（ａ）に示すように、時間ｔｎ内の第３及び第４ポッケルスセル１４ａ，１４ｂ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。
　これにより、図１５（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１４（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１４（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。
　このように、第３の実施形態によれば、ロングパルスのレーザ光における特定時間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。
　なお、上記第３の実施形態においては、レーザ用アッテネータ１２が第３及び第４ポッケルスセル１４ａ，１４ｂ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。
　また、上記第３の実施形態においては、レーザ用アッテネータ１２を光増幅器１１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１１の上流側に設けてもよい。ただし、光増幅器１１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１１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、上記第３の実施形態のようにレーザ用アッテネータ１２は、光増幅器１１の下流側に設けるのが好ましい。又は、パルスレーザ発振器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１２を設けてもよい。
　そして、本発明のパルスレーザ発振器は、アニール処理のみならず、穴あけ加工等、如何なるレーザ加工に使用してもよい。
　５…λ／４波長板
　６…ポッケルスセル（第１の電気光学素子）
　６ａ…第１ポッケルスセル
　６ｂ…第２ポッケルスセル
　７…電圧制御装置
　１１…光増幅器
　１２…レーザ用アッテネータ
　１３ａ…第１の偏光ビームスプリッタ（偏光素子）
　１３ｂ…第２の偏光ビームスプリッタ（偏光素子）
　１４…ポッケルスセル（第２の電気光学素子）
　１４ａ…第３ポッケルスセル
　１４ｂ…第４ポッケルスセル

Claims (13)

  1. 　印加された電圧に応じて光を偏光する第１の電気光学素子と、前記第１の電気光学素子に電圧を印加するとともに電圧を制御する電圧制御装置とを備えたパルスレーザ発振器であって、
    　前記電圧制御装置によって前記第１の電気光学素子に印加する電圧値を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することを特徴とするパルスレーザ発振器。
  2. 　前記第１の電気光学素子は複数備えられ、該複数の第１の電気光学素子の個々に印加する電圧値をそれぞれ経時的に変化させることを特徴とする請求項１に記載のパルスレーザ発振器。
  3. 　前記電圧制御装置は、前記第１の電気光学素子に印加する電圧値の変化率を段階的に変化させることを特徴とする請求項１に記載のパルスレーザ発振器。
  4. 　前記第１の電気光学素子を２つ備え、前記電圧制御装置によって、前記２つの第１の電気光学素子にそれぞれ互いに反対向きの電圧を印加することを特徴とする請求項２に記載のパルスレーザ発振器。
  5. 　前記第１の電気光学素子はポッケルスセルであり、さらにλ／４波長板を備えたことを特徴とする請求項１に記載のパルスレーザ発振器。
  6. 　前記レーザ光の光路上には、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第２の電気光学素子と、前記第２の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、を含むレーザ用アッテネータがさらに備えられていることを特徴とする請求項１に記載のパルスレーザ発振器。
  7. 　前記第２の電気光学素子は、ポッケルスセルであることを特徴とする請求項６に記載のパルスレーザ発振器。
  8. 　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とを特徴とする請求項７に記載のパルスレーザ発振器。
  9. 　前記レーザ用アッテネータは、前記レーザ光の光路上に設けられた光増幅器の下流側に備えられたことを特徴とする請求項６に記載のパルスレーザ発振器。
  10. 　印加された電圧に応じて光を偏光する第１の電気光学素子に印加する電圧を変化させることにより、レーザ光の発振を制御するレーザ発振制御方法において、
    　前記第１の電気光学素子に印加する電圧値を経時的に変化させ、レーザ光のパルス幅を制御することを特徴とするパルスレーザ発振制御方法。
  11. 　前記第１の電気光学素子は複数備えられ、該複数の第１の電気光学素子の個々に印加する電圧値をそれぞれ経時的に変化させることを特徴とする請求項１０に記載のパルスレーザ発振制御方法。
  12. 　前記第１の電気光学素子に印加する電圧値の変化率を段階的に変化させることを特徴とする請求項１０に記載のパルスレーザ発振制御方法。
  13. 　前記第１の電気光学素子を２つ備え、前記電圧制御装置によって、前記２つの第１の電気光学素子にそれぞれ互いに反対向きの電圧を印加することを特徴とする請求項１１に記載のパルスレーザ発振制御方法。
     
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