(57)【要約】【課題】  短パルスレーザ用の空間位相変調器の小型化、性能の安定化とコストの低減を図る。【解決手段】光学的透過材料から構成される複数の平行平板と前記平行平板を空間的に可動自在な状態で整列させる支持手段と平行平板の傾きを変更する傾斜手段とを有する広帯域空間光位相変調器において、光学的透過材料が透明なレーザ光の透過材料製の平行平板からなり、平行平板の傾きを変更する傾斜手段として平行平板を光透過光路部より弾性変形し易い部材で支持し、アクチュエータで当該部分を弾性変形させる空間位相変調器。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的透過材料から構成される複数の平行平板と、前記平行平板を空間的に可動自在な状態で整列させる支持手段と、平行平板の傾きを変更する傾斜手段とを有する広帯域空間光位相変調器において、
前記平行平板の傾きを変更する傾斜手段はアクチュエータを備えたものである空間位相変調器。
【請求項２】
前記平行平板は、光透過光路部より弾性変形し易い部材に取り付けられた請求項１に記載の空間位相変調器。
【請求項３】
前記光透過光路部より弾性変形しやすい部材は、該光透過光路部と同一材料かつ一体である請求項２に記載の空間位相変調器。
【請求項４】
前記光透過光路部より弾性変形しやすい部材は、該光透過光路部と同一材料かつ該光透過光路部よりも薄い部分を有する請求項３に記載の空間位相変調器。
【請求項５】
光学的透過材料から構成される複数の平行平板と、前記平行平板を空間的に可動自在な状態で整列させる支持手段と、平行平板の傾きを変更する傾斜手段とを有する広帯域空間光位相変調器において、
前記平行平板の傾きを変更する傾斜手段は積層型ピエゾ素子およびその変位を拡大および傾斜運動に変換する機構を有する空間位相変調器。
【請求項６】
前記傾斜手段は、平行平板ごとに個別に角度を設定することができる請求項１ないし５のいずれかに記載の空間位相変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良した弾性変形部を備えた空間位相変調器に関するものである。
【０００２】
短パルスレーザ光の発生、あるいは、物質中を透過・伝播する間に伸延してしまった短パルスレーザ光のパルス幅を再圧縮する際に使用することができるレーザ光の空間位相変調器が特開２０００−１８７１６７に開示されている。当該空間位相変調器は、分散補償を精密制御することができ、幅広い波長域において使用することができ、かつレーザ光のパルスの強弱にかかわらず使用することができるものである。
【０００３】
図１に、上記の従来技術における短パルスレーザー光のパルス幅圧縮の概念を示す。短パルス発振器１から出たレーザビーム２は、４５度の角度で設置された反射鏡３で反射されてビーム４として回折格子５に入射する。入射光の、短パルスを構成するスペクトルの短波長側はビーム７として、長波長側はビーム８として波長分散され空間的に異なる経路を伝播してコリメート反射鏡６に入射する。当該入射光は、反射されて平行なビーム１０として位相変調器１１に向かうが、異なる空間断面を走行するビームは夫々異なる位相変調用要素１３−１９を透過する間に夫々の位相変調を受けて、その後、反射鏡１２で反射されて元の方向に戻される。
【０００４】
この際、ビームを元の方向から回折格子５の角度分散の方向とは直角な方向に微少角度だけ変化させるようにする。この反射ビームは再び位相変調器の各要素を通り反射鏡６で集光され、回折格子５に戻る。戻る位置は紙面に垂直方向に変位した位置になり、ここで再び平行なビームとなり、ビーム２０として反射鏡３の方向にもどされ、反射鏡３の横を通過してビーム２０となる。ビーム２０は、加工に用いる場合にはレンズ２１などの光学系により集光されて加工物２４などに照射され目的を達成する。
【０００５】
図１に示した従来の位相変調器の構造のA-A断面を図２に示す。ベース３１にボールベアリング３２などの回転自在な構造体に透明平行平板３４を取り付け、通過するビーム３５が所定の位相変調を受けるように、平行平板をバイモルフまたはピエゾリニアアクチュエータで回転駆動して平行平板を回転させる構造である。複数の平行平板を平行に図１の１３−１９のようにレーザ光軸方向と直角方向に整列させるために、軸に回転自在なボールベアリングを複数個通して、そのベアリングに位相変調用の光学的透過材料によって形成された平行平板を複数個平行に取り付けてある。平行平板は軸の周りに回転する。
【０００６】
この平行平板１３−１９は、平行平板がベアリング軸の回りに回動することによって独立に光軸３５に対して傾斜可能に回動する構造であるために、平行平板の位置決め精度に関してベアリングの固定軸回りの遊びが問題になる。つまり、平行平板の角度はベアリングの製造精度に依存し、ベアリング動作の十分な精度を得るにはベアリングとベアリングの取り付けハウジングに精度の高いサブミクロンの製作精度が必要になる。
【０００７】
通常のベアリングを用いると、平行平板の個別の回転駆動を行う時に、複数の平行平板の平行度が悪くなり、傾斜角の制御指令に対する実際の平行平板の傾斜角がばらつき、したがって透過光の空間的位相変調度が各平行平板の設置された空間によって、角度指令値に対して設定された平行平板の位置誤差となって空間的な位相誤差が現れる。このことは、短パルスのパルス幅圧縮を行う場合には空間的な位相制御の不完全性により十分な短パルス圧縮ができないことにつながる。このため、十分なパルス圧縮ができず、かえって、パルス幅の増大を招きかねないなどの欠点がある。
【特許文献１】特開2000-187167号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術が有する上記のような課題を解決するために、本発明は、空間位相変調器において、空間に応じて位相変調度を高精度で変調を可能にする平行平板の精密駆動構造を有する空間位相変調器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】
【０００９】
本発明は、光学的透過材料から構成される複数の平行平板と、前記平行平板を空間的に可動自在な状態で整列させる支持手段と、平行平板の傾きを変更する傾斜手段とを有する広帯域空間光位相変調器において、前記平行平板の傾きを変更する傾斜手段はアクチュエータを備えたものである空間位相変調器によって上記の課題を解決する。
【００１０】
本発明の好ましい１つの実施形態によれば、前記平行平板は、光透過光路部より弾性変形し易い部材に取り付けられている。他の好ましい１つの実施形態によれば、さらに、前記光透過光路部より弾性変形しやすい部材は、該光透過光路部と同一材料かつ一体である。また、前記光透過光路部より弾性変形しやすい部材は、該光透過光路部と同一材料かつ該光透過光路部よりも薄い部分を有するものであっても良い。
【００１１】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、本発明は、光学的透過材料から構成される複数の平行平板と、前記平行平板を空間的に可動自在な状態で整列させる支持手段と、平行平板の傾きを変更する傾斜手段とを有する広帯域空間光位相変調器において、前記平行平板の傾きを変更する傾斜手段は積層型ピエゾ素子およびその変位を拡大および傾斜運動に変換する機構を有する空間位相変調器によって上記の課題を解決する。
【００１２】
また、前記傾斜手段は、平行平板ごとに個別に角度を設定することができるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記の構造によって、平行平板を支持する可動部分の機械的遊びを排除できたので傾斜角度の指令による平行平板の傾斜は一義的に決定でき、したがってパルス圧縮などが正確にでき、パルス波形制御の高精度化が測れる空間位相変調器が実現できた。
【００１４】
本発明によって、光学的透過材料から構成される複数の平行平板と前記平行平板を空間的に可動自在な状態で整列させる支持手段と平行平板の傾きを変更する傾斜手段とを有する広帯域空間光位相変調器において、光学的透過材料が透明な平行平板からなり、平行平板の傾きを変更する傾斜手段として少なくとも平行平板の取り付け部材の弾性変形により平行平板が角度変化を起こさせ、それにより平行平板を透過する光線の光学的な光路長を変化させるようにして取り付け可動部における機械的な遊びを無くしたので、従来のベアリング回転構造のような平行平板のベアリング回転誤差による光透過面の傾斜角方向と直角方向の倒れによる位相変調誤差は解消でき傾斜指令信号に応じた正確な空間位相変調が可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
光学的透過材料から構成される複数の平行平板と前記平行平板を空間的に可動自在な状態で整列させる支持手段と平行平板の傾きを変更する傾斜手段とを有する広帯域空間光位相変調器において、光学的透過材料がレーザ光に透明な平行平板からなり、平行平板の傾きを変更する傾斜手段として少なくとも平行平板の透過部分を光透過光路部より弾性変形し易い部材に光透過性平行平板を取り付け、弾性変形を生じさせるアクチュエータを備えた複数の平行平板を用いた空間位相変調器とした。
本発明の請求項記載の発明は、図３〜図６に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の実施例１を図３に基づいて説明する。透明な平行平板４５の一部分４４を平行平板４５の厚みより十分な薄い厚さに加工する。あるいは平行平板に別な薄い薄板弾性変形板状ばねを設けて接合体とし、この薄い部分をベース３１に接着剤などで界面４３を接着固定する。平行平板４５は固定端部４４と反対側の端部を矢印４８の方向に駆動するため、一端がベース４０に固定されたバイモルフ・ピエゾ・アクチュエータ３９の他端を駆動源としてこの非固定端を矢印５０の方向に駆動する。レーザビームはこの平行平板４５の一部を通過する際に、平行平板の傾斜角度と平行平板の屈折率、厚さにより決まる光路長は傾斜角度変化により位相変調を受ける。この位相変調量は他の空間部分の相対的な位相の変調量の多少で被変調ビーム２０の特性が左右される。したがって他の空間のスペクトルとは波長以下の位相差を正確に制御する必要があるため変調量は高精度で制御が必要となっている。
【００１７】
この実施例では透明な平行平板の厚みを一部だけ薄く加工した一体構造なので、駆動時に機械的な遊びがなく、バイモルフ・ピエゾ・アクチュエータの駆動信号に応じた位相変調量が得られるので、高精度な変調器が実現できる。変調器１１は空間的に多数の変調要素１３−１９として示した以上の数が用いられることが多く、その場合にもボールベアリングなどのように取り付け用の無駄な空間を要しないので、高密度で平行平板を並べて構成でき、位相変調器を小型化できる。
【００１８】
位相変調に必要な傾斜角度は２度以内で十分なので、上記の構造によって場合にも機能的な不足なない。このような構成でバイモルフ・ピエゾ・アクチュエータによる駆動によって入射ビーム４７に対する平行平板の相対角度が変化を受けて、平行平板４５を通過する光路長が傾斜角度により変化し、入射ビームの位相を変化させることができる。
【００１９】
なお、平行平板より薄く形成した部分４４が１箇所の例を示したが、平行平板を作成する際に、その端部分を複数の薄く加工した部分を設け、この薄い複数部分で弾性変形を分担させてもよい。また、アクチュエータとしてはピエゾ・リニア・アクチュエータ、その他の電磁的アクチュエータを用いることも設計の実態に合わせて選択することができる。
【実施例２】
【００２０】
本発明の実施例２を図４により基づいて説明する。ベース３１に固定した平行四辺形の中空断面を有する変形体５３に接着剤などで平行平板５４を接着して固定する。平行平板５４はバイモルフ・ピエゾ・アクチュエータ３９により矢印５８方向に変形体５３の変形による傾斜につれて角度変化を起こす。この変形駆動は駆動信号の印加されたバイモルフ・ピエゾ・アクチュエータ３９により接触部３８’によって平行平板５４が矢印５８方向に移動させられることにより行われる。平行四辺形変形体５１は平行平板の傾斜角度が高々２度以内の変形であるので弾性変形の領域の変形で十分である。バイモルフ・ピエゾ・アクチュエータなどによる駆動によって平行平板５４は傾斜角度を制御でき、入射ビーム５５は位相変調を受けて出射ビーム５７となる。
【実施例３】
【００２１】
図５に示す実施例は変形駆動体にバイモルフ・ピエゾ・アクチュエータの変形自体を用いる構造である。バイモルフ・ピエゾ・アクチュエータ６１をベース３１に接着剤などを界面６０に用いて固定し、他端部６２は平行平板６３を接着剤で固定する。これによりバイモルフ・ピエゾ・アクチュエータの駆動電圧を印加することで変形を起こし、それにより平行平板を傾斜させる。この構造はバイモルフ・ピエゾ・アクチュエータ自体の変形に連れて平行平板の傾斜角を制御できるので取り付けの機械的な遊びによる変形誤差を解消できる。などバイモルフ・ピエゾ・アクチュエータの長さ方向の変形部分から外れた場所に剛体であるベース３１や平行平板を固定する必要はある。これにより入射ビーム６４は位相変調を受けて出射ビーム６５となる。
【実施例４】
【００２２】
第４の実施例を図６を用いて説明する。本発明の実施例は変形駆動体に積層ピエゾ・アクチュエータを用いる構造である。積層ピエゾ・アクチュエータの変位を、金属の弾性変形を利用した変位拡大および回転運動への変換機構を用いて回転運動に変換する。積層ピエゾ・アクチュエータへ駆動電圧を印加することで変換機構に変形を起こし、それにより平行平板を傾斜させる。この構造は積層ピエゾ・アクチュエータの変形がひとつの部材で平行平板の傾斜角に変換されるので取り付けや石英板の接着などの機械的な遊びによる変形誤差や取り付け位置誤差を解消できる。これにより入射ビーム６４は位相変調を受けて出射ビーム６５となる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の活用例として、チタンサファイヤレーザのモードロックパルスレーザのパルスで力を回折格子やプリズムで分散し、波長域毎の光学的位相を変化させ、再度圧縮したときのパルス波形を伸延したり圧縮したりすることに用いることが可能である。これにより、短パルス波形の制御が行え、レーザ加工などの応用に際して加工特性の高度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】位相変調器を用いた従来からのパルスレーザのパルス波形制御装置
【図２】図１におけるA−A断面にボールベアリングを軸上部に採用した位相変調器の構成図
【図３】弾性変形体として傾斜角度の変位部に平行平板と同一材料を用いた実施例図
【図４】弾性変形体として傾斜角度の変位部に平行四辺形変形体を用いた実施例図
【図５】弾性変形体として傾斜角度の変位部にバイモルフ・ピエゾ・アクチュエータを用いた実施例の図
【図６】弾性変形体として傾斜角度の変位部に積層ピエゾ・アクチュエータを用いた実施例の図
【符号の説明】
【００２５】
１…レーザ発振器、
３…４５度反射鏡、
５…回折格子、
６…コリメート用凹面反射鏡、
１１…位相変調器、
１２…反射鏡、
１３−１９…位相変調用平行平板、
２１…集光レンズ、
２４…加工物、
３１…ベース、
３２…ベアリング、
３４，５４，４５，６３.…平行平板、
３９，６１…バイモルフ・ピエゾ・アクチュエータ、
４０…ベース、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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