(57)【要約】      （修正有）【課題】パルス発振する固体レーザのパルス列を任意の周波数で変調可能であり、且つジャイアントパルスの発生やレーザダイオードの短寿命化を防止する固体レーザ発振装置及び固体レーザ出力パルスの変調方法を提供する。【解決手段】レーザダイオード電源２と、Ｑスイッチ６をオンオフ制御するＱスイッチドライバ５と、レーザダイオード電源２による電力供給とＱスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成とを制御する電源制御器１ａとを備え、電源制御器１ａは、出力パルスを変調させる際に、変調周波数に応じてＱスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成を所定期間毎に停止させるとともに、Ｑスイッチドライブ信号の生成停止期間にレーザダイオード電源２からレーザダイオード３に供給される電流の値が０より大きな第１所定値に下がるようにレーザダイオード電源２を制御する。【選択図】図１
2010199315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レーザダイオードにより出力された第１励起光により固体レーザ媒質を励起し、Ｑスイッチによりパルス発振させてレーザ出力を行う固体レーザ発振装置であって、
前記第１レーザダイオードに対して給電して駆動させる第１レーザダイオード電源と、
前記Ｑスイッチをオンオフ制御するためのＱスイッチドライブ信号を生成するＱスイッチドライバと、
パルス発振した固体レーザの発振出力を波長変換する非線形光学結晶と、
前記第１レーザダイオード電源による電力供給と前記ＱスイッチドライバによるＱスイッチドライブ信号の生成とを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、発振した前記固体レーザのパルス列を所定の周波数で変調させる際に、変調周波数に応じて前記ＱスイッチドライバによるＱスイッチドライブ信号の生成を所定期間毎に停止させるとともに、前記Ｑスイッチドライブ信号の生成停止期間に前記第１レーザダイオード電源から前記第１レーザダイオードに供給される電流の値が０より大きな第１所定値に下がるように前記第１レーザダイオード電源を制御することを特徴とする固体レーザ発振装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記ＱスイッチドライバによるＱスイッチドライブ信号の生成停止期間に前記第１レーザダイオード電源を制御する際に、前記第１所定値が前記非線形光学結晶による波長変換出力の出力しきい値以下となるように制御することを特徴とする請求項１記載の固体レーザ発振装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記ＱスイッチドライバによるＱスイッチドライブ信号の生成停止期間に前記第１レーザダイオード電源を制御する際に、前記第１所定値が前記非線形光学結晶による波長変換出力の出力しきい値と同じ値となるように制御することを特徴とする請求項２記載の固体レーザ発振装置。
【請求項４】
第２励起光を出力する第２レーザダイオードと、
第３励起光を出力する第３レーザダイオードと、
前記第２励起光と前記第３励起光とにより励起されたエネルギーを前記非線形光学結晶により波長変換されて出力されたレーザ光に付与して増幅するファイバアンプと、
前記第２レーザダイオードに対して給電して駆動させる第２レーザダイオード電源と、
前記第３レーザダイオードに対して給電して駆動させる第３レーザダイオード電源とを備え、
前記制御部は、前記ＱスイッチドライバによるＱスイッチドライブ信号の生成停止期間に前記第２レーザダイオード電源から前記第２レーザダイオードに供給される電流の値が０より大きな第２所定値に下がるように前記第２レーザダイオード電源を制御するとともに、前記Ｑスイッチドライブ信号の生成停止期間に前記第３レーザダイオード電源から前記第３レーザダイオードに供給される電流の値が０より大きな第３所定値に下がるように前記第３レーザダイオード電源を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の固体レーザ発振装置。
【請求項５】
第１レーザダイオードにより出力された第１励起光により固体レーザ媒質を励起し、Ｑスイッチによりパルス発振させて出力する固体レーザ出力パルスの変調方法であって、
前記第１レーザダイオードに対して給電して駆動させる第１レーザダイオード電力供給ステップと、
前記Ｑスイッチをオンオフ制御するためのＱスイッチドライブ信号を生成する信号生成ステップと、
パルス発振した固体レーザの発振出力を波長変換する波長変換ステップと、
前記第１レーザダイオード電力供給ステップによる電力供給と前記信号生成ステップによるＱスイッチドライブ信号の生成とを制御する制御ステップとを備え、
前記制御ステップは、発振した前記固体レーザのパルス列を所定の周波数で変調させる際に、変調周波数に応じて前記信号生成ステップによるＱスイッチドライブ信号の生成を所定期間毎に停止させるとともに、前記Ｑスイッチドライブ信号の生成停止期間に前記第１レーザダイオード電力供給ステップにおいて前記第１レーザダイオードに供給される電流の値が０より大きな第１所定値に下がるように制御することを特徴とする固体レーザ出力パルスの変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス発振する固体レーザ発振装置に関し、特に発振するパルス列を任意の周波数で変調する固体レーザ発振装置及び固体レーザ出力パルスの変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体レーザ発振装置により得られる時間幅の短いパルスレーザは、高いピーク出力を有するため、高密度のエネルギーを短時間の内に物質に照射することができ、様々なレーザ技術に応用されている。
【０００３】
従来の固体レーザ発振装置は、パルスレーザを得るために、例えばレーザダイオード（ＬＤ）等の励起光源により出力された励起光がＮｄ：ＹＡＧロッド等の固体レーザ媒質を励起してレーザ光を出力し、さらにＱスイッチのオンオフを制御することによりパルス発振を行う。
【０００４】
図５は、従来の固体レーザ発振装置において、Ｑスイッチを使用してパルス発振を行う場合の各部の波形図である。Ｑスイッチは、通常、Ｑスイッチドライバが出力するＱスイッチドライブ信号に基づいてオンオフ制御される。図５に示す波形は、ＱスイッチドライバによるＱスイッチドライブ信号波形及びＱスイッチのオンオフによりパルス発振したレーザ発振波形である。
【０００５】
パルス発振した固体レーザのパルス列を任意の周波数で変調する方法として、モータにより回転する円盤に切り欠きを設けたチョッピングブレードを使用する方法がある。この方法は、回転する円盤に設けられた切り欠き部分が物理的にレーザ光の光路を所定の間隔で遮断することにより変調する方法であり、円盤の回転速度を変化させることにより任意の周波数で変調することが可能である。
【０００６】
図６は、従来の固体レーザ発振装置において、モータ回転式チョッピングブレードを使用して機械的に変調させた場合のレーザ出力波形図である。図６に示すように、モータ回転式チョッピングブレードを使用して変調させた場合の出力波形は、レーザビーム径の影響により、変調の始めと終わりの出力が低くなるため、波形が全体として山形になってしまうという欠点がある。これは、レーザビーム径がある程度大きい場合に、変調の始めと終わりのタイミングにおいて、モータ回転式チョッピングブレードの切り欠き部分がレーザ光の一部を遮断して一部を通過させてしまうという現象が生じるためである。
【０００７】
そこで、ＱスイッチドライバによるＱスイッチドライブ信号を制御して、固体レーザのパルス列を変調させる方法がある。具体的に説明すると、Ｑスイッチドライバは、パルス発振を行うために、発振繰り返し周波数に応じたＱスイッチドライブ信号を生成して出力し、Ｑスイッチに対して規則的なオンオフ動作を繰り返し行わせる。その際に、電源制御器は、変調周波数に応じてＱスイッチドライバに対する電力供給をオンオフする。これにより、レーザ出力は一定の周期で遮られるため、変調することが可能である。
【０００８】
しかしながら、上述した方法を採用した場合における固体レーザ発振装置は、Ｑスイッチがオフされて発振しない間にレーザ媒質にエネルギが蓄積されるため、発振開始の１パルス目にピークの高いパルス（ジャイアントパルス）を出力してしまう。図７は、従来の固体レーザ発振装置において、Ｑスイッチドライブ信号により発振期間と発振停止期間とを設けて変調させた場合の各部の波形図である。図７に示すように、レーザ発振波形における発振開始の１パルス目は、高いピークを有するジャイアントパルスとなる。このジャイアントパルスは、ミラーや波長変換結晶、増幅用ファイバ等に損傷を及ぼす危険性があり、損傷が発生した場合にはレーザ装置にとって致命的である。
【０００９】
特許文献１には、高調波Ｑスイッチレーザにおいて、波長変換に用いられる非線形光学結晶を保護し、安定したレーザパルスを得ることが可能なレーザ装置が記載されている。このレーザ装置は、高調波レーザの休止期間にＱスイッチを高速に連続動作させ固体レーザを擬似的にＣＷ発振させる（連続発振モード）ことにより、ゲインの蓄積を下げる。また、高調波パルスを発生させる前には所定の期間Ｑスイッチを停止することでレーザゲインを上昇させ、Ｑスイッチ動作時に１ショットだけ所定の大きさのパルスを発生させる。非線形光学結晶における波長変換は、ＣＷ動作時はレーザ輝度が低いため波長変換されることなく、高調波のレーザ光は出力されない。一方、パルス光は非線形光学結晶で波長変換され、高調波のレーザ光が出力される。
【００１０】
したがって、特許文献１のレーザ装置によれば、ジャイアントパルスの発生を防止して非線形光学結晶の損傷又は短寿命化を回避することが可能であり、さらには非線形光学結晶の保護をタクトタイムのロス無しに実現し、レーザ加工機の信頼性を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３５２１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、パルス発振した固体レーザのパルス列を任意の周波数で変調するに際し、特許文献１に記載のレーザ装置のように当該任意の周波数に応じたＱスイッチの休止期間を設定するのは困難であり、特に高い周波数においては１パルス目のピークとそれ以降のパルスのピークとが異なる波形となることがある。
【００１３】
そこで、Ｑスイッチドライブ信号のみならずレーザダイオードによる励起光の出力を制御して、固体レーザのパルス列を変調させる方法が考えられる。図８は、Ｑスイッチドライブ信号による発振期間と発振停止期間とのタイミングに応じてレーザダイオードによる励起光の出力をオンオフ制御することにより変調した場合の各部の波形図である。
【００１４】
上述したように、Ｑスイッチドライバに対する電力供給をオンオフすることにより発振期間と発振停止期間と制御する場合においては、Ｑスイッチドライバに対する電力供給を停止する（すなわち発振停止）と同時にレーザダイオードに対するＬＤ電流の供給も停止してレーザダイオードによる励起光の出力をオフにする。この方法により、図８に示すように矩形に変調させることができ、ジャイアントパルスの発生も防止することができる。
【００１５】
しかしながら、レーザダイオード（ＬＤ）のオンオフを繰り返すと、ＬＤの寿命を極端に短くしてしまうという弊害が生じる。ＬＤは高価であるため、この方法を採用したレーザ装置は、ランニングコスト増となるばかりでなく、整備間隔も短くする必要がある。  
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、パルス発振する固体レーザのパルス列を任意の周波数で変調可能であり、且つジャイアントパルスの発生やレーザダイオードの短寿命化を防止する固体レーザ発振装置及び固体レーザ出力パルスの変調方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る固体レーザ発振装置は、上記課題を解決するために、第１レーザダイオードにより出力された第１励起光により固体レーザ媒質を励起し、Ｑスイッチによりパルス発振させてレーザ出力を行う固体レーザ発振装置であって、前記第１レーザダイオードに対して給電して駆動させる第１レーザダイオード電源と、前記Ｑスイッチをオンオフ制御するためのＱスイッチドライブ信号を生成するＱスイッチドライバと、パルス発振した固体レーザの発振出力を波長変換する非線形光学結晶と、前記第１レーザダイオード電源による電力供給と前記ＱスイッチドライバによるＱスイッチドライブ信号の生成とを制御する制御部とを備え、前記制御部は、発振した前記固体レーザのパルス列を所定の周波数で変調させる際に、変調周波数に応じて前記ＱスイッチドライバによるＱスイッチドライブ信号の生成を所定期間毎に停止させるとともに、前記Ｑスイッチドライブ信号の生成停止期間に前記第１レーザダイオード電源から前記第１レーザダイオードに供給される電流の値が０より大きな第１所定値に下がるように前記第１レーザダイオード電源を制御することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る固体レーザ出力パルスの変調方法は、上記課題を解決するために、第１レーザダイオードにより出力された第１励起光により固体レーザ媒質を励起し、Ｑスイッチによりパルス発振させて出力する固体レーザ出力パルスの変調方法であって、前記第１レーザダイオードに対して給電して駆動させる第１レーザダイオード電力供給ステップと、前記Ｑスイッチをオンオフ制御するためのＱスイッチドライブ信号を生成する信号生成ステップと、パルス発振した固体レーザの発振出力を波長変換する波長変換ステップと、前記第１レーザダイオード電力供給ステップによる電力供給と前記信号生成ステップによるＱスイッチドライブ信号の生成とを制御する制御ステップとを備え、前記制御ステップは、発振した前記固体レーザのパルス列を所定の周波数で変調させる際に、変調周波数に応じて前記信号生成ステップによるＱスイッチドライブ信号の生成を所定期間毎に停止させるとともに、前記Ｑスイッチドライブ信号の生成停止期間に前記第１レーザダイオード電力供給ステップにおいて前記第１レーザダイオードに供給される電流の値が０より大きな第１所定値に下がるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、パルス発振する固体レーザのパルス列を任意の周波数で変調可能であり、且つジャイアントパルスの発生やレーザダイオードの短寿命化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１の形態の固体レーザ発振装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１の形態の固体レーザ発振装置におけるＫＴＰ−ＯＰＯの出力特性を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の形態の固体レーザ発振装置における出力パルス変調時の各部の波形図である。
【図４】本発明の実施例２の形態の固体レーザ発振装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の固体レーザ発振装置においてＱスイッチを使用してパルス発振を行う場合の各部の波形図である。
【図６】従来の固体レーザ発振装置においてモータ回転式チョッピングブレードを使用して機械的に変調させた場合のレーザ出力波形図である。
【図７】従来の固体レーザ発振装置においてＱスイッチドライブ信号により発振期間と発振停止期間とを設けて変調させた場合の各部の波形図である。
【図８】従来の固体レーザ発振装置においてＱスイッチドライブ信号による発振期間と発振停止期間とのタイミングに応じてレーザダイオードによる励起光の出力をオンオフ制御することにより変調した場合の各部の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の固体レーザ発振装置及び固体レーザ出力パルスの変調方法の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１の固体レーザ発振装置の構成を示す図である。図１を参照して、固体レーザ発振装置の構成を説明する。本実施例の固体レーザ発振装置は、図１に示すように、電源制御器１ａ、レーザダイオード電源２、レーザダイオード３、Ｎｄ：ＹＡＧロッド４、Ｑスイッチドライバ５、Ｑスイッチ６、及びＫＴＰ−ＯＰＯ７から構成される。
【００２２】
レーザダイオード電源２は、本発明の第１レーザダイオード電源に対応し、レーザダイオード３に対して給電することによりレーザダイオード３を駆動させる。また、レーザダイオード３は、本発明の第１レーザダイオードに対応し、レーザダイオード電源２から供給される電流（ＬＤ電流）に応じて第１励起光を出力する。出力された第１励起光は、光ファイバやレンズ等を介して固体レーザ媒質であるＮｄ：ＹＡＧロッド４を励起する。
【００２３】
Ｎｄ：ＹＡＧロッド４は、本発明の固体レーザ媒質に対応する。すなわち、本発明の固体レーザ発振装置は、レーザダイオード３により出力された第１励起光により固体レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧロッド４）を励起し、Ｑスイッチ６によりパルス発振させてレーザ出力を行うものである。なお、本実施例の固体レーザ発振装置をシード光源とし、ＫＴＰ−ＯＰＯ７の後段にファイバアンプを利用したレーザ光の増幅を目的とする光共振回路を構成することも可能であるが、当該構成は実施例２において詳述する。
【００２４】
Ｑスイッチドライバ５は、Ｑスイッチ６に接続されており、Ｑスイッチ６をオンオフ制御するためのＱスイッチドライブ信号を生成して出力する。このＱスイッチドライブ信号は、高周波の電気信号であり、レーザの発振繰り返し周波数を有する。
【００２５】
ＫＴＰ−ＯＰＯ７は、ＫＴＰ結晶を利用した光パラメトリック発振器である。非線形光学結晶であるＫＴＰ結晶は、パルス発振した固体レーザの発振出力を波長変換する。
【００２６】
電源制御器１ａは、本発明の制御部に対応し、レーザダイオード電源２による電力供給とＱスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成とを制御する。なお、本実施例において、Ｑスイッチドライバ５は、外部入力等の設定に基づき任意の高周波電気信号であるＱスイッチドライブ信号を生成する。したがって、電源制御器１ａは、Ｑスイッチドライバ５に対する電源として動作し、電力供給を制御することにより間接的にＱスイッチドライブ信号の生成を制御するものである。
【００２７】
また、電源制御器１ａは、発振した固体レーザのパルス列を所定の周波数で変調させる際に、変調周波数に応じてＱスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成を所定期間毎に停止させるとともに、Ｑスイッチドライブ信号の生成停止期間にレーザダイオード電源２からレーザダイオード３に供給される電流の値が０より大きな第１所定値に下がるようにレーザダイオード電源２を制御する。
【００２８】
さらに、電源制御器１ａは、Ｑスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成停止期間にレーザダイオード電源２を制御する際に、第１所定値が非線形光学結晶であるＫＴＰ結晶による波長変換出力の出力しきい値以下となるように制御する。
【００２９】
ここで、ＫＴＰ結晶を有するＫＴＰ−ＯＰＯ７は、入力されたレーザ光のエネルギーレベルが所定のしきい値以上の場合には、入力されたレーザ光の波長変換を行って出力するが、入力されたレーザ光のエネルギーレベルが所定のしきい値未満の場合には、ゼロを出力する。すなわち、本実施例の固体レーザ発振装置の構成において、レーザダイオード電源２からレーザダイオード３に供給される電流の値が所定値（＝「ＫＴＰ結晶による波長変換出力の出力しきい値」）以上の場合には、レーザダイオード３の励起光に基づくレーザ光のエネルギーレベルが高いため、ＫＴＰ−ＯＰＯ７は、入力されたレーザ光の波長変換を行って出力する。一方、レーザダイオード電源２からレーザダイオード３に供給される電流の値が所定値（＝「ＫＴＰ結晶による波長変換出力の出力しきい値」）未満の場合には、レーザダイオード３の励起光に基づくレーザ光のエネルギーレベルが低いため、ＫＴＰ−ＯＰＯ７は、ゼロを出力する。
【００３０】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図２は、本発明の実施例１の固体レーザ発振装置におけるＫＴＰ−ＯＰＯ７の出力特性を示す図である。図２に示すように、レーザダイオード電源２からレーザダイオード３に対する入力電流（ＬＤ電源）があるしきい値を越えた場合にのみ、ＫＴＰ−ＯＰＯ７は、入力されたレーザ光に対する波長変換を行って出力する。本実施例においては当該しきい値を１０Ａとし、ＬＤ電流がしきい値である１０Ａを越えた場合にのみ、ＫＴＰ−ＯＰＯ７は、入力されたレーザ光に対する波長変換を行って出力するものとする。なお、ＬＤ電流がしきい値以上の値である場合には、ＬＤ電流が上昇するにつれてＫＴＰ−ＯＰＯ７の出力も上昇するが、本実施例におけるレーザ出力が定格となるＬＤ電流値は４０Ａであるものとする。
【００３１】
まず、出力パルスを変調させない場合について説明する。本実施例の固体レーザ発振装置における電源制御器１ａは、レーザダイオード電源２とＱスイッチドライバ５とを制御する。レーザダイオード電源２は、レーザダイオード３に対して給電することによりレーザダイオード３を駆動させる。レーザダイオード電源２からレーザダイオード３に対して供給されるＬＤ電流は、レーザ出力が定格となる４０Ａ一定である。また、レーザダイオード３は、レーザダイオード電源２から供給される電流（ＬＤ電流）に応じて第１励起光を出力する。
【００３２】
本実施例の固体レーザ発振装置は、パルスレーザを得るために、レーザダイオード３により出力された第１励起光により固体レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧロッド４）を励起してレーザ光を出力し、Ｑスイッチドライバ５によりＱスイッチ６をオンオフ制御することでパルス発振させてパルスレーザのレーザ出力を行う。ＫＴＰ−ＯＰＯ７は、パルス発振した固体レーザの発振出力を波長変換する。
【００３３】
この場合におけるＱスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の波形とレーザ発振波形は、図５に示す従来の波形と同じである。Ｑスイッチドライブ信号は、高周波の電気信号であり、レーザの発振繰り返し周波数を有する。
【００３４】
次に、出力パルスを変調させる場合について説明する。本発明の固体レーザ出力パルスの変調方法は、レーザダイオード３により出力された第１励起光により固体レーザ媒質であるＮｄ：ＹＡＧロッド４を励起して、Ｑスイッチ６によりパルス発振させて出力する固体レーザに対する変調方法である。
【００３５】
出力パルスを変調させない場合と同様に、レーザダイオード電源２は、レーザダイオード３に対して給電することによりレーザダイオード３を駆動させる。この動作は、本発明の電力供給ステップに対応する。また、Ｑスイッチドライバ５は、Ｑスイッチ６をオンオフ制御するためのＱスイッチドライブ信号を生成する。この動作は、本発明の信号生成ステップに対応する。
【００３６】
本実施例の固体レーザ発振装置における電源制御器１ａは、レーザダイオード電源２による電力供給とＱスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成とを制御する。この動作は、本発明の制御ステップに対応する。
【００３７】
具体的には、電源制御器１ａは、制御ステップにおいて、発振した固体レーザのパルス列を所定の周波数で変調させる際に、変調周波数に応じてＱスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成を所定期間毎に停止させるとともに、Ｑスイッチドライブ信号の生成停止期間にレーザダイオード電源２からレーザダイオード３に供給されるＬＤ電流の値が０より大きな第１所定値に下がるようにレーザダイオード電源２を制御する。
【００３８】
レーザダイオード３に入力されるＬＤ電流は、０とそれより高い値とを繰り返すことによりレーザダイオード３の寿命を極端に縮めてしまう。したがって、本実施例の電源制御器１ａは、変調時の発振停止期間においてレーザダイオード電源によるＬＤ電流の値を０まで下げてしまうのではなく、０より大きな第１所定値まで下げることにより、レーザダイオード３の短寿命化を回避することができる。
【００３９】
また、電源制御器１ａは、第１所定値が非線形光学結晶であるＫＴＰ結晶による波長変換出力の出力しきい値以下となるように制御する。本実施例において、ＫＴＰ−ＯＰＯ７は、ＬＤ電流がしきい値である１０Ａを越えた場合にのみ入力されたレーザ光に対する波長変換を行って出力する。したがって、電源制御器１ａは、ＬＤ電流の第１所定値が０Ａよりも大きく且つ１０Ａ以下であるようにレーザダイオード電源２を制御する。仮に第１所定値が１０Ａよりも大きい場合には、変調時における発振停止期間であってもＫＴＰ−ＯＰＯ７は、わずかにレーザ光を出力してしまい、ノイズのように余計な高調波成分が重畳されてしまう。したがって、第１所定値は１０Ａ以下である必要がある。
【００４０】
図３は、本実施例の固体レーザ発振装置における出力パルス変調時の各部の波形図である。図３に示すように、電源制御器１ａは、変調周波数に応じてＱスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成を所定期間毎に停止させることにより発振期間と発振停止期間とを生成して出力パルスを変調させる。また、電源制御器１ａは、Ｑスイッチドライブ信号の生成停止期間（発振停止期間）にレーザダイオード電源２からレーザダイオード３に供給されるＬＤ電流の値が０より大きな第１所定値に下がるようにレーザダイオード電源２を制御する。ここで、第１所定値は１０Ａである。したがって、電源制御器１ａは、発振期間においてはＬＤ電流が４０Ａとなるようにレーザダイオード電源２を制御し、発振停止期間においてはＬＤ電流が第１所定値（＝１０Ａ）となるようにレーザダイオード電源２を制御する。
【００４１】
電源制御器１ａは、レーザダイオード電源２とＱスイッチドライバ５との両方を制御するため、発振期間と発振停止期間における両者の動作の同期を容易にとることができるという利点を有する。
【００４２】
なお、上述したようにＬＤ電流の第１所定値は、０Ａよりも大きく１０Ａ以下であればよい。したがって、第１所定値を例えば５Ａとすることもできる。しかしながら、発振停止期間におけるＬＤ電流値は、０Ａに対してなるべく高い値をとることにより、より効果的にレーザダイオード３の短寿命化を回避することができる。したがって、図２に示すようにＫＴＰ−ＯＰＯ７によるレーザ出力のＬＤ電流しきい値が１０Ａである場合において、電源制御器１ａは、Ｑスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成停止期間にレーザダイオード電源２を制御する際に、第１所定値がＫＴＰ−ＯＰＯ７内の非線形光学結晶による波長変換出力の出力しきい値である１０Ａと同じ値となるように制御する。このように第１所定値を１０Ａに設定することにより、第１所定値を１０Ａ未満に設定した場合に比して、よりレーザダイオード３の短寿命化の回避に寄与することができる。
【００４３】
Ｑスイッチ６は、図３に示すように発振期間と発振停止期間を設けたＱスイッチドライブ信号に基づいてオンオフし、変調されたパルスレーザのレーザ出力を行う。ＫＴＰ−ＯＰＯ７は、パルス発振した固体レーザの発振出力を波長変換する。この動作は、本発明の波長変換ステップに対応する。
【００４４】
上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係る固体レーザ発振装置によれば、パルス発振する固体レーザのパルス列を任意の周波数で変調可能であり、且つジャイアントパルスの発生やレーザダイオードの短寿命化を防止することができる。
【００４５】
本実施例の固体レーザ発振装置は、Ｑスイッチドライバ５に対する電源制御器１ａの制御により発振期間と発振停止期間とを設けて出力パルスの変調を行う場合において、発振停止期間と同じ期間にレーザダイオード３に対するＬＤ電流の値を第１所定値である１０Ａまで下げることで、レーザダイオード３による励起光の出力を下げる。この方法により、本実施例の固体レーザ発振装置は、発振開始時におけるジャイアントパルスの発生も防止することができ、ミラーや光学結晶、増幅用ファイバ等に対する損傷の発生を防止することができる。
【００４６】
さらに、第１所定値をＫＴＰ−ＯＰＯ７におけるＬＤ電流しきい値（１０Ａ）以下とすることにより、本実施例の固体レーザ発振装置は、発振停止期間においてＫＴＰ−ＯＰＯ７からレーザ光が出力されるのを防止することができる。
【００４７】
また、本実施例の固体レーザ発振装置は、発振停止期間において、ＬＤ電流を０Ａまで下げるのではなく、０よりも大きな第１所定値まで下げることにより、レーザダイオード３の短寿命化を回避することができ、ランニングコストの抑制や頻繁な整備の軽減に寄与する。
【実施例２】
【００４８】
図４は、本発明の実施例２の固体レーザ発振装置の構成を示す図である。本実施例の固体レーザ発振装置は、図４に示すように、電源制御器１ｂ、レーザダイオード電源２、レーザダイオード３、Ｎｄ：ＹＡＧロッド４、Ｑスイッチドライバ５、Ｑスイッチ６、ＫＴＰ−ＯＰＯ７、レーザダイオード電源８、レーザダイオード９、ダイクロイックミラー１０、レーザダイオード電源１１、レーザダイオード１２、ダイクロイックミラー１３、ファイバアンプ１４、及びＺＧＰ−ＯＰＯ１５から構成される。
【００４９】
本実施例の固体レーザ発振装置の構成のうち、レーザダイオード電源２、レーザダイオード３、Ｎｄ：ＹＡＧロッド４、Ｑスイッチドライバ５、Ｑスイッチ６、及びＫＴＰ−ＯＰＯ７は、実施例１における各構成と同様の作用を示すものであり、重複した説明を省略する。本実施例において、これらの構成は、シード光源として波長２μｍ帯レーザ光を出力するものとする。
【００５０】
レーザダイオード電源８は、本発明の第２レーザダイオード電源に対応し、レーザダイオード９に対して給電することによりレーザダイオード９を駆動させる。また、レーザダイオード９は、本発明の第２レーザダイオードに対応し、レーザダイオード電源８から供給される電流（第２ＬＤ電流とする）に応じて第２励起光を出力する。
【００５１】
レーザダイオード電源１１は、本発明の第３レーザダイオード電源に対応し、レーザダイオード１２に対して給電することによりレーザダイオード１２を駆動させる。また、レーザダイオード１２は、本発明の第３レーザダイオードに対応し、レーザダイオード電源１１から供給される電流（第３ＬＤ電流とする）に応じて第３励起光を出力する。
【００５２】
ダイクロイックミラー１０は、ＫＴＰ−ＯＰＯ７により出力された波長２μｍ帯レーザ光を透過させてファイバアンプ１４に送るとともに、レーザダイオード９により出力された第２励起光を反射させてファイバアンプ１４の一端部に送る。
【００５３】
一方、ダイクロイックミラー１３は、レーザダイオード１２により出力された第３励起光を反射させてファイバアンプ１４の他端部に送る。
【００５４】
ファイバアンプ１４は、第２励起光と第３励起光とにより励起されたエネルギーを蓄積し、蓄積したエネルギーをＫＴＰ−ＯＰＯ７内の非線形光学結晶により波長変換されて出力されたレーザ光（波長２μｍ帯レーザ光）に付与して増幅する。ファイバアンプ１４により増幅されて出力されたレーザ光（波長２μｍ帯レーザ光）は、ダイクロイックミラー１３を透過してＺＧＰ−ＯＰＯ１５に対して出力される。
【００５５】
ＺＧＰ−ＯＰＯ１５は、ＺＧＰ結晶を利用した光パラメトリック発振器である。非線形光学結晶であるＺＧＰ結晶は、パルス発振した固体レーザの発振出力を波長変換する。１例として、ＺＧＰ−ＯＰＯ１５は、入力された波長２μｍ帯レーザ光を波長変換し、波長３μｍ帯レーザ光及び波長４μｍ帯レーザ光を出力する。なお、ＺＧＰ−ＯＰＯ１５は、上述したＫＴＰ−ＯＰＯ７と同様に、入力されたレーザ光のエネルギーレベルが所定のしきい値以上の場合には、入力されたレーザ光の波長変換を行って出力するが、入力されたレーザ光のエネルギーレベルが所定のしきい値未満の場合には、ゼロを出力する。
【００５６】
電源制御器１ｂは、本発明の制御部に対応し、レーザダイオード電源２，８，１１による電力供給とＱスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成とを制御する。ここで、レーザダイオード電源２とＱスイッチドライバ５とに対する電源制御器１ｂの制御は、実施例１における電源制御器１ａの制御と同じである。
【００５７】
また、電源制御器１ｂは、Ｑスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の停止期間（発振停止期間）にレーザダイオード電源８からレーザダイオード９に供給される第２ＬＤ電流の値が０より大きな第２所定値に下がるようにレーザダイオード電源８を制御するとともに、Ｑスイッチドライブ信号の生成停止期間（発振停止期間）にレーザダイオード電源１１からレーザダイオード１２に供給される第３ＬＤ電流の値が０より大きな第３所定値に下がるようにレーザダイオード電源１１を制御する。
【００５８】
さらに、電源制御器１ｂは、Ｑスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成停止期間にレーザダイオード電源８，１１を制御する際に、第２所定値及び第３所定値が非線形光学結晶であるＺＧＰ結晶による波長変換出力の出力しきい値以下となるように制御する。ＺＧＰ−ＯＰＯ１５も、上述したＫＴＰ−ＯＰＯ７と同様に波長変換出力の出力しきい値を有しており、第２所定値及び第３所定値が当該出力しきい値を超えてしまうと、しきい値を超えた過剰エネルギーは、変調時の発振停止期間においてノイズとしてＺＧＰ−ＯＰＯ１５から出力されてしまうためである。
【００５９】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。ここで、レーザダイオード電源２、レーザダイオード３、Ｎｄ：ＹＡＧロッド４、Ｑスイッチドライバ５、Ｑスイッチ６、及びＫＴＰ−ＯＰＯ７の動作は、実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。
【００６０】
まず、出力パルスを変調させない場合について説明する。本実施例の固体レーザ発振装置における電源制御器１ｂは、レーザダイオード電源２，８，１１とＱスイッチドライバ５とを制御する。レーザダイオード電源２，８，１１からレーザダイオード３，９，１２の各々に対して供給される電流は、レーザ出力が定格となる一定の電流である。また、レーザダイオード９は、第２ＬＤ電流に応じて第２励起光を出力する。出力された第２励起光は、光ファイバ、レンズ、ダイクロイックミラー１０を介してファイバアンプ１４の一端部に送られる。同様に、レーザダイオード１２は、第３ＬＤ電流に応じて第３励起光を出力する。出力された第３励起光は、光ファイバ、レンズ、ダイクロイックミラー１３を介してファイバアンプ１４の他端部に送られる。
【００６１】
ファイバアンプ１４は、第２励起光と第３励起光とにより励起されたエネルギーを蓄積し、蓄積したエネルギーをＫＴＰ−ＯＰＯ７内の非線形光学結晶により波長変換されて出力されたレーザ光（波長２μｍ帯レーザ光）に付与して増幅する。ファイバアンプ１４により増幅されて出力されたレーザ光（波長２μｍ帯レーザ光）は、ダイクロイックミラー１３を透過してＺＧＰ−ＯＰＯ１５に対して出力される。ＺＧＰ−ＯＰＯ１５は、増幅された波長２μｍ帯レーザ光を波長変換して出力する。
【００６２】
次に、出力パルスを変調させる場合について説明する。本実施例の固体レーザ発振装置における電源制御器１ｂは、レーザダイオード電源２，８，１１による電力供給とＱスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成とを制御する。具体的には、電源制御器１ｂは、発振した固体レーザのパルス列を所定の周波数で変調させる際に、変調周波数に応じてＱスイッチドライバ５によるＱスイッチドライブ信号の生成を所定期間毎に停止させるとともに、Ｑスイッチドライブ信号の生成停止期間にレーザダイオード電源２からレーザダイオード３に供給されるＬＤ電流の値が０より大きな第１所定値に下がるようにレーザダイオード電源２を制御する。
【００６３】
また、電源制御器１ｂは、発振停止期間にレーザダイオード電源８からレーザダイオード９に供給される第２ＬＤ電流の値が０より大きな第２所定値に下がるようにレーザダイオード電源８を制御するとともに、発振停止期間にレーザダイオード電源１１からレーザダイオード１２に供給される第３ＬＤ電流の値が０より大きな第３所定値に下がるようにレーザダイオード電源１１を制御する。
【００６４】
なお、発振停止期間において仮にレーザダイオード９，１２に供給される電流値を下げなかった場合には、ファイバアンプ１４に過剰なエネルギーが蓄積され、ＺＧＰ−ＯＰＯ１５による出力は、発振開始時にジャイアントパルスを発生させてしまう。したがって、発振停止期間に各ＬＤ電流を第２所定値あるいは第３所定値まで下げることは必須である。
【００６５】
また、電源制御器１ｂは、変調時の発振停止期間においてレーザダイオード電源８による第２ＬＤ電流の値を０まで下げてしまうのではなく、０より大きな第２所定値まで下げることにより、レーザダイオード９の短寿命化を回避することができる。同様に、電源制御器１ｂは、変調時の発振停止期間においてレーザダイオード電源１１による第３ＬＤ電流の値を０まで下げてしまうのではなく、０より大きな第３所定値まで下げることにより、レーザダイオード１２の短寿命化を回避することができる。
【００６６】
ＫＴＰ−ＯＰＯ７により出力されたシード光は、既に変調済みであるため、電源制御器１ｂは、レーザダイオード電源８，１１を制御して発振期間にのみレーザダイオード９，１２から第２励起光及び第３励起光を出力させる必要がある。この点において、電源制御器１ｂは、レーザダイオード電源２，８，１１とＱスイッチドライバ５とを制御するため、発振期間と発振停止期間における各レーザダイオード電源の動作の同期を容易にとることができるという利点を有する。
【００６７】
上述のとおり、本発明の実施例２の形態に係る固体レーザ発振装置によれば、実施例１と同様の効果を有するのみならず、任意の周波数で変調されたシード光をファイバアンプ１４で増幅する場合においても、ファイバアンプ１４に励起光を供給するレーザダイオード９，１２の短寿命化を防止するとともに、ジャイアントパルスの発生を防止することができる。また、レーザダイオード９，１２の短寿命化回避に伴い、ランニングコストの抑制や頻繁な整備の軽減に寄与する。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る固体レーザ発振装置及び固体レーザ出力パルスの変調方法は、発振するパルス列を任意の周波数で変調する固体レーザ発振装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１ａ，１ｂ  電源制御器
２    レーザダイオード電源
３    レーザダイオード
４    Ｎｄ：ＹＡＧロッド
５    Ｑスイッチドライバ
６    Ｑスイッチ
７    ＫＴＰ−ＯＰＯ
８    レーザダイオード電源
９    レーザダイオード
１０  ダイクロイックミラー
１１  レーザダイオード電源
１２  レーザダイオード
１３  ダイクロイックミラー
１４  ファイバアンプ
１５  ＺＧＰ−ＯＰＯ
【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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【図７】
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【図８】
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