激光强度调整方法及激光强度调整装置与流程

1.本发明涉及一种对激光的强度进行调整的方法及装置。


背景技术：

2.以往，作为在质量分析中将测量对象物离子化的方法之一，可使用基质辅助激光解吸离子化(matrixassistedlaserdesorptionionization：maldi)法。在maldi法中，通过对混合测量对象物与基质而制备出的试样在短时间内照射激光，使测量对象物质气化，并几乎与此同时地将构成该测量对象物的分子离子化。通过像这样混合基质，并且适当调整激光的强度，能够防止在激光的照射时分子被破坏，同时实现离子化。
3.专利文献1中记载了用于在maldi法中对照射至试样的激光的强度进行调整的装置。该激光强度调整装置具有：激光光源，射出直线偏光的激光；“能量调整部件”，根据透过的激光的偏光方向而以不同的透过率使激光透过。具体而言，“能量调整部件”可使用偏光分束器。偏光分束器使入射的直线偏光中的、与规定方向(透过方向)平行的分量透过，并使与之正交的分量反射。在专利文献1的激光强度调整装置中，偏光分束器设置为能够使上述透过方向以激光光源射出的激光的光轴为中心进行转动。若使该透过方向以该光轴为中心转动，则透过该偏光分束器的偏光的强度以如下的方式发生变化：在该透过方向与入射的直线偏光的偏光方向一致时达到最大值，继而在使偏光分束器旋转90
°
时变为0。因此，将偏光分束器配置为使透过了偏光分束器的光照射至试样，在此基础上，以激光光源射出的激光的偏光方向与偏光分束器的透过方向一致时为基准角，使偏光分束器在距该基准角90
°
的范围内转动，从而能够在从规定的最大值到0为止的范围内对照射至试样的激光的强度进行调整。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本实用新型注册第3217378号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的技术问题
8.在maldi法中，以往进行了在对试样照射激光的光路上的、紧接在激光光源之后配置凹透镜而对激光扩径，并且紧接在试样之前配置凸透镜而再次对该激光进行聚光。由此，能够抑制凹透镜与凸透镜之间的能量密度，确保安全性，并且通过利用凸透镜进行聚光，能够以高能量密度对试样照射激光。然而，本技术发明人在该装置中的凹透镜与凸透镜之间配置偏光分束器，将该偏光分束器的透过方向在距基准角90
°
的范围内进行转动，同时测量了照射至试样的激光的强度，结果发现该强度的最大值未达到规定值，或最小值不为0。由此产生了能够使照射至试样的激光的强度变化的范围变窄，无法适当地进行试样的离子化这样的问题。
9.此外，如果能够有意地将照射至试样的激光的强度的调整范围变窄，则容易对该
强度进行微调。然而，在专利文献1的装置中，无法作出变更以使调整范围变窄。
10.本发明要解决的技术问题在于，提供一种能够变更激光的强度的调整范围的方法、及使用该方法的激光强度调整装置。
11.用于解决上述技术问题的方案
12.为解决上述技术问题而完成的本发明的激光强度调整方法是将直线偏光的激光即入射激光的强度调整为规定的强度来射出的方法，其中，
13.配置强度变更光学元件，该光学元件通过在所述入射激光的光路上使规定的透过方向的该入射激光的偏光的分量透过，从而变更射出激光的强度，且该光学元件以所述入射激光的光轴为中心在距规定的基准角至少90
°
的范围内转动，使该透过方向可变；
14.配置偏光方向变更光学元件，该光学元件在所述入射激光的光路上相比所述强度变更光学元件更靠前，变更该入射激光的偏光方向并射出，且该变更的方向(使偏光方向变更的方向)是可变的；
15.调整所述变更的方向，使得所述偏光方向变更光学元件射出的所述入射激光的偏光方向与在所述强度变更光学元件的转动角为所述基准角时的所述透过方向一致。
16.本发明的激光强度调整装置是将直线偏光的激光即入射激光的强度调整为规定的强度来射出的装置，具备：
17.强度变更光学元件，该光学元件配置在所述入射激光的光路上，使规定的透过方向的该入射激光的偏光的分量透过，从而变更射出激光的强度，且该光学元件以所述入射激光的光轴为中心在距规定的基准角至少90
°
的范围内转动，使该透过方向可变；及
18.偏光方向变更光学元件，该光学元件配置在所述入射激光的光路上相比所述强度变更光学元件更靠前，变更该入射激光的偏光方向并射出，且该变更的方向是可变的。
19.发明效果
20.本技术发明人发现，在一部分透镜等光学元件中，具有变更入射激光的(不变更强度)偏光方向并射出这样的特性，进而，通过使这样的光学元件以入射激光的光轴为中心转动，从而(在强度不变化的前提下)使偏光的变更的方向发生变化。本说明书中，将变更入射激光的偏光方向并射出、且该变更的方向是可变的光学元件称为偏光方向变更光学元件。另一方面，强度变更光学元件通过使被偏光方向变更光学元件变更方向的偏光中的、规定的透过方向的分量透过，来变更射出激光的强度，进而，该透过方向是可变的。通过组合上述偏光方向变更光学元件与强度变更光学元件，入射激光的偏光方向被偏光方向变更光学元件变更，因此能够变更将强度变更光学元件的透过方向在规定的范围内变更的期间射出激光的强度的变更范围、即激光的强度的调整范围。
附图说明
21.图1是示出包含本发明的激光强度调整装置的一实施形式的maldi离子源的一例的概略图。
22.图2是示出在本实施形式的激光强度调整装置中，入射激光的偏光方向与偏光分束器(强度变更光学元件)的透过方向一致的情况下的、偏光分束器的转动角与透过偏光分束器的激光的强度的关系的图表。
23.图3是示意性地示出在本实施方式的激光强度调整装置中，入射至偏光分束器的
激光的偏光方向及偏光分束器的透过方向的图。
24.图4是示出在本实施形式的激光强度调整装置中，入射的激光的偏光方向与偏光分束器的透过方向偏移角度θ0的情况下的、偏光分束器的转动角与透过偏光分束器的激光的强度的关系的图表。
25.图5是示出在本实施形式的激光强度调整装置中，入射的激光的偏光方向与偏光分束器的透过方向偏移角度-θ0的情况下的、偏光分束器的转动角与透过偏光分束器的激光的强度的关系的图表。
26.图6是示出在本实施形式的激光强度调整装置中，将偏光分束器固定的状态下凹透镜的转动角与透过偏光分束器的激光的能量的关系的、通过实验求出的结果的图表。
具体实施方式
27.使用图1～图6对本发明的激光强度调整方法及装置的实施方式进行说明。
28.图1是示出包含作为本发明的一实施方式的激光强度调整装置12的maldi离子源10的概略图。该maldi离子源10具有：激光光源11、凹透镜(偏光方向变更光学元件)121、凹透镜转动机构122、反射镜13、偏光分束器(强度变更光学元件)123、偏光分束器转动机构124、凸透镜14、试样室15及照相机16。上述各构成要素中，激光强度调整装置12由凹透镜121、凹透镜转动机构122、偏光分束器123及偏光分束器转动机构124构成。
29.激光光源11是使直线偏光的激光振荡的光源。在本实施方式中，激光光源11使用振荡波长为349nm的紫外线激光，但在本发明中，激光的波长并没有特别限定。
30.凹透镜121由易透过紫外光的材料即合成石英制成，配置在激光光源11射出的激光的光路上。该凹透镜121的入射侧的面由凹面构成、射出侧的面由比入射侧的凹面的曲率小的凸面构成，作为整体具有凹状的形状。利用这样的形状，入射至凹透镜121的激光光束在扩径之后成为平行光。使用凹透镜121的目的在于，通过对激光光束扩径，从而抑制凹透镜121与凸透镜14之间的能量密度，确保安全性，并且通过如下所述地利用凸透镜14进行聚光，以高能量密度对试样s照射激光。
31.像这样凹透镜121的本来的目的在于对激光光束扩径，但本技术发明人发现，凹透镜121还同时具备如下这样的特性，即在直线偏光的激光通过时使偏光方向变更，并且通过以入射激光的光轴为中心转动，从而使变更的方向发生变化。即，凹透镜121相当于偏光方向变更光学元件。
32.凹透镜转动机构122是以激光的光轴(在图1中用点划线示出)为中心使凹透镜121转动的装置。凹透镜转动机构122可以通过电动机等的动力使凹透镜121转动，也可以是，其自身并不具有动力，而是以可转动的方式保持凹透镜121并手动使凹透镜121转动。此外，在凹透镜转动机构122上也可以设置制动器，在不转动凹透镜时固定凹透镜121。
33.反射镜13配置在通过了凹透镜121的激光的光路上，使得向反射面的入射角呈45
°
的方向。将包含该激光的波长的特定波段的紫外光反射到90
°
方向，不包含在该波段中的波长的光透过反射镜13。可见光不包含在该波段中。
34.偏光分束器123配置在被反射镜13反射的激光的光路上，在入射的激光的偏光方向与规定的透过方向一致的情况下，使激光透过，在偏光方向与透过方向正交的情况下，使激光全部反射到90
°
方向。更一般而言，如果将入射至偏光分束器123的激光(强度a
max
)的透
过方向相对于偏光方向的角度设为θ，则通过偏光分束器123的激光的强度成为a
max
cosθ(参照图2)。另外，被后述的照相机16捕捉的可见光不被反射而是透过偏光分束器123。
35.偏光分束器转动机构124是以激光的光轴为中心使偏光分束器123转动的装置。其构成为，可以通过电动机等的动力使偏光分束器123转动，也可以是，其自身并不具有动力，而是以可转动的方式保持偏光分束器123并手动使偏光分束器123转动。
36.在偏光分束器123的周围设置有遮挡部1231，以使由偏光分束器123反射到90
°
方向的激光不被释放到外部的方式来遮挡该激光。
37.凸透镜14设置在通过了偏光分束器123的激光的光路上、且设置于试样室15的壁面。试样室15设置在执行maldi法的质量分析装置，在试样室15内设置有试样保持部151，保持将测量对象物质与基质混合而成的试样s。凸透镜14被设置为，将激光聚光至保持在试样保持部151的试样s。
38.照相机16配置在隔着偏光分束器123及反射镜13而与凸透镜14对置的位置，利用从试样室15通过偏光分束器123及反射镜13而入射的可见光，对试样室15内进行拍摄。照相机16的设置目的在于，基于其所拍摄的图像来调整激光的照射位置与试样的位置。关于该照射位置与试样的位置的调整与本发明无直接关系，故省略详细说明。
39.其次，对包含本实施方式的激光强度调整装置12的maldi离子源10的动作、及本发明的激光强度调整方法进行说明。
40.首先，通过偏光分束器转动机构124使偏光分束器123转动，以使透过方向21(图3)朝向规定的基准角。在此，基准角通常规定为，在激光光源11射出的激光的偏光方向221不发生变化而入射至偏光分束器123的情况下，使透过方向21与该偏光方向221一致。假设如果入射激光的偏光方向221从激光光源11的射出时的偏光方向未发生变化，则通过了偏光分束器123的激光的强度取决于距基准角的转动角θ，为a
max
cosθ(a
max
是常数)。因而，将偏光分束器123从基准角转动90
°
(图2中的转动范围231)时激光的强度的调整范围232为从最大值a
max
到最小值0为止的范围。
41.然而实际上，激光光源11射出的激光的偏光方向会因通过凹透镜121而发生变化。在此，将没有变化的情况下的偏光方向221、与从该偏光方向发生变化后的偏光方向222所形成的角度设为θ0(图3)。如果在该状态下将偏光分束器123从基准角转动90
°
，则其间通过偏光分束器123的激光的强度的最大值仅为a
max
cosθ0(＜a
max
)。这样一来，将偏光分束器123从基准角转动90
°
时激光的强度的调整范围233为从最大值a
max
cosθ0(＜a
max
)到最小值0为止的范围(图4)，与偏光方向221从激光光源11的射出时的偏光方向未发生变化的情况下的强度的调整范围232相比变窄。
42.同样地，在没有变化的情况下的偏光方向221、与从该偏光方向发生变化后的偏光方向222所形成的角度为-θ0(偏光方向偏移为上述示例的反方向)时，将偏光分束器123从基准角转动90
°
时激光的强度的调整范围234的最大值为a
ma
，最小值为a
max
cos(90
°‑
θ0)(＞0)(图5)。在该情况下，调整范围234也与偏光方向221从激光光源11的射出时的偏光方向未发生变化的情况下的强度的调整范围232相比变窄。
43.因此，通过利用凹透镜转动机构122使凹透镜121转动，变更该偏光方向，以使通过了凹透镜121的激光的偏光方向与偏光分束器123的透过方向21一致。由此，将偏光分束器123从基准角转动90
°
时激光的强度的调整范围为从最大值a
max
到最小值0为止的范围，调整
范围的大小达到最大。
44.如上所述地设定激光的强度的调整范围后，利用偏光分束器转动机构124，使偏光分束器123在距基准角90
°
的范围内转动，从而在上述调整范围内对照射至试样s的激光的强度进行调整。由此，能够适当地设定在质量分析装置中将试样s离子化时所照射的激光的强度。
45.为了确认使凹透镜121以激光的光轴为中心转动从而通过凹透镜121的激光的直线偏光的方向会发生变化，进行了以下实验：在固定有偏光分束器123的状态下使凹透镜121转动，同时测量透过了偏光分束器123的激光的能量(对应于强度)。将该实验的结果示出在图6的图表中。该图表的横轴表示凹透镜121的转动角φ(与偏光分束器123的转动角θ不同)。另外，将任意1个转动位置规定为φ的基准角(φ＝0
°
)。如图6所示，尽管将偏光分束器123固定，但随着凹透镜121的转动角φ变化，透过了偏光分束器123的激光的能量也发生变化。这表示通过凹透镜121的激光的直线偏光的方向在发生变化。根据该实验结果，认为在90
°
左右的转动角φa下，激光的能量达到最大，通过凹透镜121的激光的直线偏光的方向与偏光分束器123的透过方向一致。因此，以该转动角φa固定凹透镜121，在此基础上使偏光分束器123转动，能够将激光的能量(强度)的调整范围设为最大。
46.[变形例]
[0047]
本发明并不受上述实施方式的限定。例如，在上述实施方式中，调整了凹透镜121的转动角，使激光的强度的调整范围达到最大，但为了使对强度的微调变得容易，也可以调整该转动角，从而有意地使激光的强度的调整范围变窄。
[0048]
在上述实施方式中，将凹透镜作为偏光方向变更光学元件使用，但凹透镜的形状并不限定于上述的形状。此外，也可以在强度变更光学元件的前面配置凸透镜作为偏光方向变更光学元件来替代凹透镜。进而，在仅使激光中特定波段的激光通过的带通滤光器等透镜之外的光学元件中，也具有作为偏光方向变更光学元件的特性，也可以将这些光学元件用于本发明。
[0049]
在上述实施方式中，将偏光分束器作为强度变更光学元件使用，作为替代，也可以使用偏光板等。
[0050]
在上述实施方式中，以在质量分析装置中调整为了将试样离子化而照射的激光的强度的情况为例进行了说明，但本发明的用途不限于此，例如，也能够将本发明应用于使用激光进行切割或焊接等加工的情况等。
[0051]
[方案]
[0052]
本领域技术人员可理解上述的示例性的实施方式为以下方案的具体例。
[0053]
(第1项)
[0054]
第1项的激光强度调整方法是将直线偏光的激光即入射激光的强度调整为规定的强度来射出的方法，其中，
[0055]
配置强度变更光学元件，该光学元件通过在所述入射激光的光路上使规定的透过方向的该入射激光的偏光的分量透过，从而变更射出激光的强度，且该光学元件以所述入射激光的光轴为中心在距规定的基准角至少90
°
的范围内转动，使该透过方向可变；
[0056]
配置偏光方向变更光学元件，该光学元件在所述入射激光的光路上相比所述强度变更光学元件更靠前，变更该入射激光的偏光方向并射出，且该变更的方向(使偏光方向变
更的方向)是可变的；
[0057]
调整所述变更的方向，使得所述偏光方向变更光学元件射出的所述入射激光的偏光方向与在所述强度变更光学元件的转动角为所述基准角时的所述透过方向一致。
[0058]
(第4项)
[0059]
第4项的激光强度调整装置是将直线偏光的激光即入射激光的强度调整为规定的强度来射出的装置，具备：
[0060]
强度变更光学元件，该光学元件配置在所述入射激光的光路上，使规定的透过方向的该入射激光的偏光的分量透过，从而变更射出激光的强度，且该光学元件以所述入射激光的光轴为中心在距规定的基准角至少90
°
的范围内转动，使该透过方向可变；及
[0061]
偏光方向变更光学元件，该光学元件配置在所述入射激光的光路上相比所述强度变更光学元件更靠前，变更该入射激光的偏光方向并射出，且该变更的方向是可变的。
[0062]
根据第1项的激光强度调整方法及第4项的激光强度调整装置，由于入射激光的偏光方向被偏光方向变更光学元件变更，因此能够变更将强度变更光学元件的透过方向在规定的范围内变更的期间射出激光的强度的变更范围、即激光的强度的调整范围。
[0063]
此时，通过偏光方向变更光学元件调整偏光方向的变更的方向，使得从偏光方向变更光学元件射出并入射至强度变更光学元件的激光的偏光与强度变更光学元件的转动角为基准角时的透过方向一致，由此，在强度变更光学元件从规定的基准角转动90
°
的期间，激光的强度从最大值变化到0为止。由此，能够将强度的调整范围设为强度变更光学元件所能取得的最大的范围。
[0064]
强度变更光学元件能够使用例如偏光分束器或偏光板。偏光方向变更光学元件能够使用例如凹透镜等光学透镜、仅使激光中特定波段的激光通过的带通滤光器等。
[0065]
(第2项)
[0066]
第2项的激光强度调整方法在第1项的激光强度调整方法中，所述偏光方向变更光学元件为凹透镜。
[0067]
(第5项)
[0068]
第5项的激光强度调整装置在第4项的激光强度调整装置中，所述偏光方向变更光学元件为凹透镜。
[0069]
根据第2项的激光强度调整方法及第5项的激光强度调整装置，能够抑制偏光方向变更光学元件与强度变更光学元件之间的激光的能量密度，确保安全性。
[0070]
另外，在偏光方向变更光学元件使用凹透镜的情况下，通过在强度变更光学元件与激光的照射对象物之间设置凸透镜，能够提高照射至照射对象物的激光的能量密度。另外，与偏光方向变更光学元件不同，在强度变更光学元件与照射对象物之间设置的凸透镜的、与激光的光轴相关的转动角不影响入射至强度变更光学元件的直线偏光的方向，因此也不影响该强度的调整范围。
[0071]
(第3项)
[0072]
第3项的激光强度调整方法在第1项或第2项的激光强度调整方法中，所述强度变更光学元件为偏光分束器。
[0073]
(第6项)
[0074]
第6项的激光强度调整装置在第4项或第5项的激光强度调整装置中，所述强度变
更光学元件为偏光分束器。
[0075]
根据第3项的激光强度调整方法及第6项的激光强度调整装置，使入射至偏光分束器的激光中、因强度的调整而无法通过的激光反射，因此能够抑制激光的能量被强度变更光学元件(偏光分束器)吸收，由此抑制强度变更光学元件被加热。
[0076]
(第7项)
[0077]
第7项的质量分析装置具备：
[0078]
如第4项～第6项的任一项所述的激光强度调整装置；
[0079]
试样保持部，配置在透过所述强度变更光学元件的激光的光路上，保持分析对象的试样。
[0080]
根据第7项的质量分析装置，能够适当地设定在质量分析装置中将试样离子化时所照射的激光的强度。
[0081]
附图标记说明
[0082]
10maldi离子源
[0083]
11激光光源
[0084]
12激光强度调整装置
[0085]
121凹透镜(偏光方向变更光学元件)
[0086]
122凹透镜转动机构
[0087]
123偏光分束器(强度变更光学元件)
[0088]
1231遮挡部
[0089]
124偏光分束器转动机构
[0090]
13反射镜
[0091]
14凸透镜
[0092]
15试样室
[0093]
151试样保持部
[0094]
16照相机
[0095]
21偏光分束器的透过方向
[0096]
221、222激光的偏光方向
[0097]
231偏光分束器的转动范围
[0098]
232、233、234激光的强度的调整范围。