(57)【要約】【課題】最大パルス繰り返し率をより高くできるように、かつパルス繰り返し率が増大してもパルス長を維持できる、あるいはより短いパルス長を選択できるように、Ｑスイッチレーザを改良すること。【解決手段】パルスレーザ放射２を生成するレーザは、共振器３と、共振器３内に配置されるレーザ活性媒質６と、共振器３内に配置され、かつ共振器の質を設定するために第１状態と第２状態とに設定可能なＱスイッチ８とを備える。共振器の質は、第２状態よりも第１状態で低い。またこのレーザは、Ｑスイッチ８が第２状態にあるとき、形成中のレーザパルスの強度を測定し、その測定値を強度信号Ｉとして出力する検出部１０と、レーザパルスのパルス形成が完了する前に、所定パルス期間と供給された強度信号Ｉとに応じてＱスイッチ８を第２状態から第１状態に切り替え、Ｑスイッチ８を制御する制御部１１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ放射（２）を生成するレーザであって、
共振器（３）と、
共振器（３）内に配置されるレーザ活性媒質（６）と、
共振器（３）内に配置され、かつ共振器の質を設定するために第１状態と第２状態とに設定可能なＱスイッチ（８）と、共振器の質は第１状態において第２状態より低いことと、
Ｑスイッチ（８）が第２状態にあるとき、形成中のレーザパルスの強度を測定し、その測定値を強度信号（Ｉ）として出力する検出部（１０）と、
所定パルス期間と供給された強度信号（Ｉ）とに応じてＱスイッチ（８）を制御し、レーザパルスのパルス形成が完了する前に、Ｑスイッチ（８）を第２状態から第１状態に切り替える制御部（１１）と
を備えるレーザ。
【請求項２】
レーザパルスの立上りまたは立下りの強度値が所定パルス期間に関係付けられる、請求項１に記載のレーザ。
【請求項３】
Ｑスイッチ（８）は、音響−光学変調器または電子−光学変調器として実装される、請求項１または２に記載のレーザ。
【請求項４】
制御部は、電子的な遅延によってＱスイッチ（８）を第２状態から第１状態に切り替えてパルス期間を設定する請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のレーザ。
【請求項５】
制御部（１１）に接続され、所定パルス期間と所定パルス繰り返し率とを入力可能な設定部（１２）を備え、
制御部（１１）は、パルスレーザ放射（２）のパルス（１４）が所定パルス期間と所定パルス繰り返し率とを有するようにＱスイッチ（８）を制御する、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のレーザ。
【請求項６】
所定パルス期間および所定パルス繰り返し率のうちの１つ以上の入力時に、設定部（１２）は、それぞれ可能なパルス繰り返し率および可能なパルス期間のうちの１つ以上を選択用に表示する、請求項５に記載のレーザ。
【請求項７】
共振器と、共振器内に配置されているＱスイッチおよびレーザ活性媒質とを備え、共振器の質を設定するためにＱスイッチを第１状態と第２状態とに設定可能であり、共振器の質は第１状態において第２状態より低いレーザにおいて、パルスレーザ放射を生成する方法であって、
Ｑスイッチが第２状態にあるとき、形成中のレーザパルスの強度を測定し、強度信号として出力するとともに、レーザパルスのパルス形成が完了する前に、所定パルス期間と所定強度信号とに応じて、前記Ｑスイッチを第２状態から第１状態に切り替える方法。
【請求項８】
前記レーザパルスの立上りの強度値は、所定パルス期間に関係付けられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記Ｑスイッチは、音響−光学変調器または電子−光学変調器として実装される、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
電子的な遅延によってＱスイッチを第２状態から第１状態へ切り替えてパルス期間を設定する請求項７乃至９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
レーザは所定パルス期間と所定パルス繰り返し率とを入力可能な設定部を備え、Ｑスイッチはパルスレーザ放射のパルスが所定パルス期間と所定パルス繰り返し率とを有するように制御される、請求項７乃至１０のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
設定部は、所定パルス期間および所定パルス繰り返し率のうちの１つ以上の入力時に、それぞれ可能なパルス繰り返し率および可能なパルス期間のうちの１つ以上を選択用に表示する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザ放射を生成するＱスイッチレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｑスイッチレーザには、可能なパルス繰り返し率が比較的低いという難点がある。このため、たとえば周知のＹｂ：ＹＡＧレーザでは、最大パルス繰り返し率が約３０ｋＨｚである。パルスレーザ放射の個々のパルスのパルス長も、パルス繰り返し率の増大に伴い高くなる。
【０００３】
特許文献１には、レーザとパルスレーザ放射を生成する方法とについて記載されている。特許文献２には、固体レーザと、固体レーザのパルスエネルギを調節する方法とについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０  ２００６  ００６  ５８２（Ａ１）号明細書
【特許文献２】独国特許発明第１９６  ３４  ９６９（Ｂ４）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このことから本発明の目的は、最大パルス繰り返し率をより高くできるように、かつパルス繰り返し率が増大してもパルス長を維持できる、あるいはより短いパルス長を選択できるように、Ｑスイッチレーザを改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的は、パルスレーザ放射を生成するレーザによって達成される。このレーザは、共振器と、共振器内に配置されるレーザ活性媒質と、共振器内に配置され、かつ共振器の質を設定するために一つの第１状態と少なくとも一つの第２状態とに設定可能なＱスイッチと、共振器の質は第２状態よりも第１状態で低いことと、Ｑスイッチが第２状態にあるとき、形成中のレーザパルスの強度を測定し、その測定値を強度信号として出力する検出部と、レーザパルスのパルス形成が完了する前に、所定パルス期間と供給された強度信号とに応じてＱスイッチを第２状態から第１状態に切り替え、Ｑスイッチを制御する制御部とを備える。
【０００７】
これによりパルス期間を短くでき、したがって所望値に設定できる。パルス形成が中断されない場合に比べて、パルス形成が中断された場合、レーザ活性媒質の反転レベルは高いままとなる（たとえば、２〜１０倍、特に３〜５倍）。このため、高いパルス最大出力が可能となる。
【０００８】
特に、本発明のレーザを用いることにより、パルス期間とパルス繰り返し率とを独立に広範囲で設定できる。また、パルス形成が中断されない通常のＱスイッチレーザに比べて、最大パルス繰り返し率は有意に高い。
【０００９】
特に、本発明のレーザにおいては、レーザパルスの立上りまたは立下り時の強度値を、所望のパルス期間に関係付けてもよい。この場合、この強度値に達するとＱスイッチの切り替えが行われる。
【００１０】
特にレーザの実装においては、所望のパルス期間を設定するために、第２状態から第１状態へのＱスイッチ切替期間を考慮する。また、Ｑスイッチの制御電子装置によって生じる遅延も考慮できる。
【００１１】
Ｑスイッチは、音響−光学変調器または電子−光学変調器として実装できる。
また、設定可能な最大パルス期間を長くするために、制御部は、第２状態から第１状態へのＱスイッチの切り替えを電子的に遅延させることができる。
【００１２】
レーザは設定部を備えることができる。この設定部は、所定パルス期間と所定パルス繰り返し率とが入力可能であり、制御部に接続される。制御部は、所定パルス期間と所定パルス繰り返し率とを有するパルスがパルスレーザ放射に含まれるように、Ｑスイッチを制御するものである。
【００１３】
詳細には、設定部は、所定パルス期間または所定パルス繰り返し率を入力されると、可能なパルス繰り返し率または可能なパルス期間を選択用に表示できる。このため、パルス期間とパルス繰り返し率とを簡単に設定できるレーザが提供される。
【００１４】
設定部は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらを組み合わせたものとして実装されてもよい。
詳細には、レーザは、レーザ活性媒質のポンピングを行うポンプ源も備える。
【００１５】
レーザはさらに、レーザの動作に必要な当業者に周知の要素を含む。
さらに、共振器と、共振器内に配置されているＱスイッチおよびレーザ活性媒質とを備え、共振器の質を設定するためにＱスイッチを第１状態と第２状態とに設定可能であり、共振器の質は第１状態において第２状態より低いレーザにおいて、パルスレーザ放射を生成する方法を提供する。この方法では、Ｑスイッチが第２状態にあるとき、形成中のレーザパルスの強度を測定し、強度信号として出力する工程と、レーザパルスのパルス形成が完了する前に、所定パルス期間と所定強度信号とに応じて、Ｑスイッチを第２状態から第１状態に切り替える。
【００１６】
この方法を用いることにより、Ｑスイッチレーザにおいて、パルス期間とパルス繰り返し率とを独立に広範囲で設定できる。また、通常のＱスイッチレーザに比べて、パルス繰り返し率を有意に高くできる。
【００１７】
本発明の方法の利点については、従属請求項に開示する。
上記の特性および以下に説明する特性は、本発明の範囲内において、開示の組み合わせでだけでなく、他の組み合わせまたは単体で有用であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるレーザの一実施形態の概略図。
【図２】パルス生成の説明図。
【図３】パルス生成の別の説明図。
【図４】可能なパルス期間および可能なパルス繰り返し率の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
添付の図面に基づき、本発明について以下に例を挙げ詳細に説明する。図面も本発明に不可欠な特徴を開示するものである。
図１に示す実施形態において、パルスレーザ放射２を生成するレーザ１は、高反射端ミラー４と分離（デカップリング）ミラー５とを含む共振器３を備える。分離ミラー５の分
離率は約１０％である。
【００２０】
共振器３内にはレーザ活性媒質６（Ｙｂ：ＹＡＧ）が配置される。レーザ活性媒質６は、ポンプ光源７の光を使用して（この実施形態においては連続的に）ポンピングが行われる（矢印Ｐ１）。
【００２１】
共振器３内にはさらに、音響−光学変調器としてのＱスイッチ８と、偏光ミラー９とが配置される。偏光ミラー９は、反射したレーザ放射のうちの小部分を分離する。この部分は検出部１０で測定される。検出部１０は偏光ミラー９の背後に配置されており、強度信号Ｉを出力する。
【００２２】
レーザ１は、強度信号Ｉが供給され、かつ音響−光学変調器８を低質の第１状態と高質の第２状態との間で切り替え可能である制御部１１と、所望のパルス繰り返し率および所望のパルス期間を設定可能な設定部１２とを備える。
【００２３】
本発明のレーザ１において、設定されたパルス期間を有するパルス（以降、調整済みパルスともいう）は、以下のように生成される。音響−光学変調器８が低質の第１状態に切り替わると、共振器での損失が高いためにレーザ動作は見られないが、反転分布が所望の準位で生じる。
【００２４】
音響−光学変調器を高質の第２状態に切り替えると、レーザ動作が開始する。音響−光学変調器８が十分長い時間、第２状態のままであると、図２において点線で示すレーザパルス１３（未調整パルス）が生成されることがある。
【００２５】
しかしながら、共振器における強度、またしたがって形成中のレーザパルス１３の強度は、検出部１０によって連続的に測定され、強度信号Ｉとして制御部１１に供給される。制御部１１は、強度値Ｉ１を所望のパルス期間と関係付けるように設計される。これにより、時間ｔ２においてこの関係付けた強度値Ｉ１に達すると、制御部１１は音響−光学変調器８を第２状態から第１状態に切り替える。ここで共振器における損失が再び大きくなるため、パルス形成を中断させ、最大パルス出力がより高い、より短いパルス１４が共振器３から出力される。
【００２６】
第２状態から第１状態へ切り替える切替信号が音響−光学変調器８へ供給されてから第１状態になるまでに、所定時間ΔＡＯＭが経過する。このため、音響−光学変調器８は時間ｔ３において初めて第１状態に切り替わる。この時間ｔ３以降は実際にパルス形成が中断され、パルス期間がパルス１３よりも短いパルス１４が生成される。反転レベルが高いままであるため、一層高い繰り返し率（この実施形態においては、未調整パルス１３に比べて約３倍高い繰り返し率）と、一層高いパルス安定性とが保証される。
【００２７】
利点として明らかになっていることは、パルス１３の立上り時に強度を決定すること、および、設定するパルス長の尺度としてその強度を使用することである。したがって、この実施形態に記載の例においては、時間ｔ１〜時間ｔ４の強度値を所望パルス期間の設定に用いることができる。可能な最小パルス長の範囲は、切替期間ΔＡＯＭによって決定される。この実施形態で選択した構造において、最小パルス長は１００ｎｓ〜２００ｎｓである。
【００２８】
設定可能な最大パルス長ｔｍａｘ１は、図２に示すように、ｔ４およびΔＡＯＭによって決定される。この実施形態において、この最大パルス長ｔｍａｘ１は約７００ｎｓである。
【００２９】
パルス１３とパルス１４とは勿論同時には生じないが、図２にはパルス開始の時間が一致するように示す。このため、パルス１４の立上りはパルス１３の立上りよりも急勾配であることが図から推測できる。これは主に、本発明のパルスの生成においては、各パルスの生成中にパルス形成が中断されるため、パルス１３がそうした調整なしで生成される場合よりも高い反転レベルが共振器において持続することによる。
【００３０】
図３は、未調整のパルスであるレーザパルス１３と比較して、生成可能な各種レーザパルス１４，１４１，１４２，．．．１４７を示す。各レーザパルス１３，１４，１４１，．．．１４７は、トリガ時間に対して時間軸ｔで示される。トリガ時間とは、音響−光学変調器８が第１状態から第２状態へ切り替わるように動作させる時間である。このトリガ時間は図示していない。
【００３１】
パルス期間が最も長い調整済みパルス１４１は未調整パルス１３と非常に似たパルス形状であることが図より分かる。立下りの中ほどに見られる急な低下から、パルス生成が中断されたことは明らかである。
【００３２】
パルス１４２，１４３，．．．１４，１４７とパルス期間が短くなるにつれ、パルス最大出力（より高いパルス）が増大し、トリガ時間に対するパルス生成開始までの時間が減少する（図３の左方へのパルス「ずれ」）。この挙動は、上記に記載したとおり、高い反転レベルが維持されることに起因している。
【００３３】
図４は、設定可能な繰り返し率（横軸）との関係で可能なパルス幅（縦軸）を示す。図４の曲線Ｋ１は、パルス幅を制御しなかった場合を示す。この場合、音響−光学変調器８は、パルス１３の生成中、パルス生成が完了したときにのみ、第２状態から第１状態にだけ切り替わる。曲線Ｋ１から推測されるように、８ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの範囲内のパルス繰り返し率が可能である。
【００３４】
図４に示す範囲Ｂ１は、本発明のパルス生成の中断を利用して設定可能なパルス幅の範囲である。範囲２００ｎｓ〜７００ｎｓのパルス幅が可能であるが、未調整パルス１３の生成におけるよりも非常に高いパルス繰り返し率が設定可能である。これは主に、上記のようにパルス形成を中断させることによってパルス期間を短くする場合、パルス形成を中断させない場合よりもレーザ活性媒質６で維持される反転レベルが高くなり、またその結果、一層高い反転レベルが維持されるために、パルス繰り返し率が有意に増大可能となる一方、非常に安定したパルスも得られるためである。
【００３５】
パルス繰り返し率およびパルス幅は、図４に概略的に示す範囲Ｂ１で自由に選択できる。
本発明のレーザ１において、パルス１４の制御パルス幅を増大させることが可能である。また、既存の変調器切替期間ΔＡＯＭに加えて、制御部１１を用いることにより電子的な遅延ΔＲが導入される。この結果、図２に概略的に示すように、一層長い最大パルス期間ｔｍａｘ２が得られる。この一層長いパルス期間は図４に斜線で示す範囲Ｂ２を含む。結果として、この範囲内のパルス期間とパルス繰り返し率の値の対が設定可能となり、Ｂ１とＢ２とが含まれる。
【００３６】
特に設定部１２は、所望のパルス幅（すなわち、パルス期間）の入力時、このパルス期間で可能なパルス繰り返し率（範囲Ｂ１によって、および任意で範囲Ｂ２による）を選択用に提示するよう実装されてもよい。選択したパルス期間とパルス繰り返し率の値の対は、設定部１２を介して制御部１１に供給され、これに従って音響−光学変調器８が動作する。この結果、所望パルス期間と所望パルス繰り返し率とを有するパルスレーザ放射２のパルス１４が生じる。勿論、所望パルス繰り返し率の入力時に、設定部１２が可能なパル
ス幅を選択用に表示することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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