(57)【要約】【課題】パルス出力のピーク強度を安定化する。【解決手段】ホトダイオードで検出したパルス出力のピーク強度Ａを測定し、予め設定されていた基準ピーク強度Ｂとの差Ｂ−Ａを求める（ステップＤ１）。次に、駆動電流補正量Ｃ＝ｋ（Ｂ−Ａ）を求める（ステップＤ２）。次に、１時刻前の駆動電流Ｉt-1に駆動電流補正量Ｃを加算した値を新たな駆動電流Ｉtとし、次のパルス出力時に半導体レーザに供給する（ステップＤ３）。【効果】パルス出力のピーク強度を検出して半導体レーザ駆動回路をフィードバック制御するため、パルス出力のピーク強度を安定化することが出来る。半導体レーザの駆動電流の制御になるため、構成が簡単になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザに駆動電流を供給する半導体レーザ駆動回路と、前記半導体レーザから出力されたレーザ光により励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含む光共振器内に設置され前記光共振器で発振する基本波の第三高調波を出力するための第二高調波発生用結晶および第三高調波用結晶と、前記半導体レーザと前記固体レーザ媒質と前記第二高調波発生用結晶と前記第三高調波用結晶の少なくとも一つの温度を制御する温度制御手段と、前記基本波または前記第二高調波または前記第三高調波のいずれかのパルス出力の一部を検出するモニタ用光出力検出器と、前記モニタ用光出力検出器で検出したパルス出力のピーク強度を検出して前記半導体レーザ駆動回路をフィードバック制御しパルス出力のピーク強度を安定化するピーク強度安定化手段とを具備したことを特徴とする第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置において、前記半導体レーザの駆動電流の変化を常時監視し、その変化量が所定値を超えた場合に、半導体レーザの温度を制御する温度制御手段と前記固体レーザ媒質の温度を制御する温度制御手段と前記第二高調波発生用結晶の温度を制御する温度制御手段と前記第三高調波用結晶の温度を制御する温度制御手段の少なくとも一つを駆動して所定の温度範囲で温度掃引しながら前記半導体レーザの駆動電流を測定し最小となるボトム電流値を求め、該ボトム電流値を前記温度制御手段の目標値とする目標値設定手段を具備したことを特徴とする第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置に関し、さらに詳しくは、第三高調波のパルス出力のピーク強度を安定化できる固体パルスレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置では、パルス出力の平均強度が一定になるように半導体レーザの駆動電流を制御していた。また、半導体レーザや固体レーザ媒質などの温度が予め設定された温度になるように温度制御していた。
【０００３】
他方、パルス出力のピーク強度を検出し、それを基にＱスイッチに供給する高周波電力をフィードバック制御し、ピーク強度を安定化する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、半導体レーザの駆動電流を常時監視し、駆動電流の変化が予め定められた所定値を超えると、使用を継続しながら温度チューニングをやり直し、最小の駆動電流になるボトム温度を再設定する固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特許第３４４５３９０号公報（［００４１］）
【特許文献２】特開２００７−２３４７５９号公報（［００２２］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置では、パルス出力の平均強度は一定になるが、ピーク強度のバラツキを抑制できない問題点があった。また、経時変化などによる半導体レーザや固体レーザ媒質などの温度特性の変動に対応できない問題点があった。
他方、特許文献１に記載の従来技術では、高周波電力の制御になるため、構成が煩雑になる問題点があった。
【０００５】
特許文献２に記載の従来技術は、第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置に適用可能である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、第三高調波のパルス出力のピーク強度を安定化できる固体パルスレーザ装置および該固体パルスレーザ装置に特許文献２に記載の従来技術を適用した固体パルスレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の観点では、本発明は、レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザに駆動電流を供給する半導体レーザ駆動回路と、前記半導体レーザから出力されたレーザ光により励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含む光共振器内に設置され前記光共振器で発振する基本波の第三高調波を出力するための第二高調波発生用結晶および第三高調波用結晶と、前記半導体レーザと前記固体レーザ媒質と前記第二高調波発生用結晶と前記第三高調波用結晶の少なくとも一つの温度を制御する温度制御手段と、前記基本波または前記第二高調波または前記第三高調波のいずれかのパルス出力の一部を検出するモニタ用光出力検出器と、前記モニタ用光出力検出器で検出したパルス出力のピーク強度を検出して前記半導体レーザ駆動回路をフィードバック制御しパルス出力のピーク強度を安定化するピーク強度安定化手段とを具備したことを特徴とする第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置を提供する。
上記第１の観点による第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置では、パルス出力のピーク強度を検出して半導体レーザ駆動回路をフィードバック制御するため、パルス出力のピーク強度を安定化することが出来る。また、半導体レーザの駆動電流の制御になるため、構成が簡単になる。
【０００８】
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置において、前記半導体レーザの駆動電流の変化を常時監視し、その変化量が所定値を超えた場合に、半導体レーザの温度を制御する温度制御手段と前記固体レーザ媒質の温度を制御する温度制御手段と前記第二高調波発生用結晶の温度を制御する温度制御手段と前記第三高調波用結晶の温度を制御する温度制御手段の少なくとも一つを駆動して所定の温度範囲で温度掃引しながら前記半導体レーザの駆動電流を測定し最小となるボトム電流値を求め、該ボトム電流値を前記温度制御手段の目標値とする目標値設定手段を具備したことを特徴とする第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置を提供する。
なお、上記「常時監視」には、他の必要な処理を行うために一時的に監視を中断する場合も含まれる。
上記第２の観点による第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置では、半導体レーザの駆動電流を常時監視し、駆動電流の変化が予め定められた所定値を超えると、使用を継続しながら温度チューニングをやり直し、最小の駆動電流になるボトム温度を再設定する。このため、経時変化などによる半導体レーザや固体レーザ媒質などの温度特性の変動に対応でき、常に最小の駆動電流を維持できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置によれば、パルス出力のピーク強度を安定化することが出来る。また、半導体レーザの駆動電流を常に最小に維持することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１１】
−実施例１−
図１は、実施例１に係る第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置１００を示す説明図である。
この第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置１００は、励起レーザ光を発生する半導体レーザ１と、ペルチェ素子と温度センサとを有し半導体レーザ１の温調を行うための温調ユニット２と、励起レーザ光を集光する集光レンズ系３と、励起レーザ光の入射面に反射面が形成され且つ励起レーザ光により励起されて基本波を発生する固体レーザ媒質４と、Ｑスイッチとして機能する音響光学素子５と、基本波を透過し第二高調波および第三高調波を反射するビームスプリッタ６と、基本波および第二高調波から第三高調波を発生するＴＨＧ素子７と、基本波から第二高調波を発生するＳＨＧ素子８と、固体レーザ媒質４との間に光共振器１５を形成するミラー９と、ＴＨＧ素子７の温調を行うための温調ユニット１０と、ＳＨＧ素子８の温調を行うための温調ユニット１１と、第二高調波を透過し第三高調波を反射するビームスプリッタ１２と、第三高調波の一部を反射し他の一部を透過するビームスプリッタ１３と、第三高調波の一部を受光するホトダイオード１４と、固体レーザ媒質４の温調を行うための温調ユニット１６と、温調ユニット２により半導体レーザ１の温度を制御する半導体レーザ温度制御回路２１と、温調ユニット１６により固体レーザ媒質４の温度を制御する固体レーザ媒質温度制御回路２２と、温調ユニット１０によりＴＨＧ素子７の温度を制御するＴＨＧ素子温度制御回路２３と、温調ユニット１１によりＳＨＧ素子７の温度を制御するＴＨＧ素子温度制御回路２４と、半導体レーザ１を駆動するための駆動電流Ｉを出力する半導体レーザ駆動回路２５と、ホトダイオード１４の出力に基づいて半導体レーザ駆動回路２５を制御すると共に各温度制御回路２１，２２，２３、２４を制御する制御回路２６とを具備している。
【００１２】
図２は、実施例１に係る駆動電流制御処理を示すフロー図である。この処理は、パルス出力毎に実行される。
ステップＤ１では、ホトダイオード１４で検出したパルス出力のピーク強度Ａを測定し、予め設定されていた基準ピーク強度Ｂとの差Ｂ−Ａを求める。
ステップＤ２では、駆動電流補正量Ｃ＝ｋ（Ｂ−Ａ）を求める。ここで、ｋは比例係数である。
ステップＤ３では、１時刻前の駆動電流Ｉｔ−１に駆動電流補正量Ｃを加算した値を新たな駆動電流Ｉｔとし、次のパルス出力時に半導体レーザ１に供給する。そして、ステップＤ１に戻る。
【００１３】
図３は、実施例１に係る目標温度更新処理を示すフロー図である。この処理は、一定時間ごとに実行される。
ステップＲ１では、半導体レーザ１の駆動電流Ｉを測定し、基準電流値として記憶する。
【００１４】
ステップＲ２では、駆動電流Ｉを測定し、基準電流値との差を求める。
ステップＲ３では、差が所定値（例えば１００ｍＡ）より小さいならステップＲ２に戻り、小さくないならステップＲ４へ進む。
【００１５】
ステップＲ４では、図４に示すボトム温度検出処理を実行する。そして、ステップＲ１に戻る。
【００１６】
図４は、実施例１に係るボトム温度検出処理を示すフロー図である。この処理は、パワーオン時に実行される。なお、一定期間毎に、あるいは、ユーザの指示があった時に実行してもよい。
ステップＳ１では、仮最小値Ｉｂ＝Ｉｓに初期化する。
【００１７】
ステップＳ２では、ステップ的に半導体レーザ１の温度Ｔ１を変更するときの１ステップの変更幅をΔＴ１とするとき、現在温度Ｔ１よりもΔＴ１だけ下げた温度Ｔ１＝Ｔ１−ΔＴ１を半導体レーザ１の温度Ｔ１とする。
【００１８】
ステップＳ３では、下げた温度Ｔ１での駆動電流Ｉが仮最小値Ｉｂよりも小さいかチェックし、小さいならステップＳ４へ進み、小さくないならステップＳ５へ進む。
【００１９】
ステップＳ４では、現在温度Ｔ１を仮最小電流温度Ｔｂ１とする。また、現在の駆動電流Ｉを新たな仮最小値Ｉｂにする。そして、ステップＳ２に戻る。
【００２０】
ステップＳ５では、現在温度Ｔ１よりもΔＴ１だけ上げた温度Ｔ１＝Ｔ１＋ΔＴ１を半導体レーザ１の温度Ｔ１とする。
【００２１】
ステップＳ６では、上げた温度Ｔ１での駆動電流Ｉが仮最小値Ｉｂよりも小さいかチェックし、小さいならステップＳ７へ進み、小さくないならステップＳ８へ進む。
【００２２】
ステップＳ７では、現在温度Ｔ１を仮最小電流温度Ｔｂ１とする。また、現在の駆動電流Ｉを新たな仮最小値Ｉｂにする。そして、ステップＳ５に戻る。
【００２３】
ステップＳ８では、固体レーザ媒質４の温度Ｔ２、ＴＨＧ素子７の温度Ｔ３、ＳＨＧ素子８の温度Ｔ４についてもステップＳ２〜Ｓ７を行い、最小の駆動電流Ｉを与える温度Ｔ２ｂ，Ｔ３ｂ，Ｔ４ｂを得る。
【００２４】
ステップＳ９では、最小の駆動電流Ｉを与える温度Ｔ２ｂ，Ｔ３ｂ，Ｔ４ｂを新たな目標温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４として半導体レーザ温度制御回路２１，固体レーザ媒質温度制御回路２２，ＴＨＧ素子温度制御回路２３，ＳＨＧ素子温度制御回路２４に与える。そして、処理を終了する。
【００２５】
実施例１の第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置１００によれば、パルス出力のピーク強度を安定化することが出来る。また、半導体レーザ１の駆動電流Ｉを常に最小に維持することが出来る。
【００２６】
−実施例２−
図２のステップＤ１において、ピーク強度Ａの代わりに、直前の複数発（例えば５発）のパルス出力のピーク強度を平均した平均ピーク強度を用いてもよい。
この場合、瞬発的な異常値の影響を抑制することが出来る。
【００２７】
−実施例３−
図４では、半導体レーザ温度Ｔ１，固定レーザ媒質温度Ｔ２，ＴＨＧ素子温度Ｔ３，ＳＨＧ素子温度Ｔ４を温度掃引したが、これらの少なくとも１つを温度掃引してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置は、バイオエンジニアリング分野や計測分野で利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１に係る第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置を示す構成説明図である。
【図２】実施例１に係る駆動電流制御処理を示すフロー図である。
【図３】実施例１に係る目標温度更新処理を示すフロー図である。
【図４】実施例１に係るボトム温度検出処理を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３０】
１                        半導体レーザ
２，１０，１１，１６      温調ユニット
３                        集光レンズ系
４                        固体レーザ媒質
５                        音響光学素子
６，１２，１３            ビームスプリッタ
７                        ＴＨＧ素子
８                        ＳＨＧ素子
９                        ミラー
１４                      ホトダイオード
１５                      光共振器
２１                      半導体レーザ温度制御回路
２２                      固体レーザ媒質温度制御回路
２３                      ＴＨＧ素子温度制御回路
２４                      ＳＨＧ素子温度制御回路
２５                      半導体レーザ駆動回路
２６                      制御回路
１００                    第三高調波を出力する固体パルスレーザ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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