(57)【要約】      （修正有）【課題】光ノイズの影響を最小限に抑えつつ、駆動電流を少なくしたり、温度変動に対するマージンを大きくする。【解決手段】出力Ｐを一定にするように駆動電流Ｉopを制御しながら温度を変えて駆動電流Ｉopと光ノイズＮとを測定し、光ノイズＮが許容値以下となる温度領域を探索し、その温度領域に対応する駆動電流Ｉopが最少となる温度で動作するように固体レーザ結晶１３と光共振器の温度を制御する。その温度で動作させていて光ノイズＮが許容値Ｎthを超えると、温度領域の最低値と最高値の中間の温度で動作するように温度を変更する。【効果】光ノイズの影響を最小限に抑えつつ、駆動電流を少なく抑えることが出来る。光ノイズＮが許容値Ｎthを超えると、光ノイズＮの影響のない動作ポイントに迅速に移行させることが出来る。【選択図】図１
2011009772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起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、前記励起レーザ光によって励起され且つ前記励起レーザ光の入射面に反射面が形成され且つ所定の厚みをもった固体レーザ結晶と、前記反射面との間で光共振器を形成する反射面を持つ出力側ミラーと、前記光共振器内に挿入され前記励起レーザ光が入射され高調波を発生する非線形光学素子と、前記出力側ミラーから出力される出力レーザ光が所定出力になるように前記半導体レーザ駆動回路を制御する出力調整回路と、前記固体レーザ結晶と前記光共振器と前記非線形光学素子の少なくとも１つの温度が適正温度となるように制御する温度制御手段とを具備した固体レーザ装置において、
前記温度制御手段の制御温度を変化させながら、前記出力レーザ光の光ノイズ成分及び前記駆動電流をモニタし、前記光ノイズ成分が所定の許容値以下の範囲において前記駆動電流が最小となる前記制御温度を、前記適正温度とすることを特徴とする、固体レーザ装置の適正温度測定方法。
【請求項２】
励起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、前記励起レーザ光によって励起され且つ前記励起レーザ光の入射面に反射面が形成され且つ所定の厚みをもった固体レーザ結晶と、前記反射面との間で光共振器を形成する反射面を持つ出力側ミラーと、前記光共振器内に挿入され前記励起レーザ光が入射され高調波を発生する非線形光学素子と、前記出力側ミラーから出力される出力レーザ光が所定出力になるように前記半導体レーザ駆動回路を制御する出力調整回路と、前記固体レーザ結晶と前記光共振器と前記非線形光学素子の少なくとも１つの温度が適正温度となるように制御する温度制御手段とを具備した固体レーザ装置において、
前記温度制御手段の制御温度を変化させながら、前記出力レーザ光の光ノイズ成分をモニタし、前記光ノイズ成分が所定の許容値以下となる温度領域の最低温度と最高温度の中間の温度を、前記適正温度とすることを特徴とする、固体レーザ装置の適正温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザ装置の適正温度測定方法に関し、さらに詳しくは、光ノイズの影響を最小限に抑えつつ、駆動電流を少なくしたり、温度変動に対するマージンを大きくすることが出来る固体レーザ装置の適正温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、温度チューニング時には、半導体レーザや固体レーザ結晶や非線形光学素子の温度を変えながら出力レーザ光の光ノイズ（高周波成分）を測定し、光ノイズが最も少なくなるときの温度を最適温度として記憶し、使用時には、記憶した最適温度に維持するように温調を行う固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１５８３１８号公報（［０００８］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の固体レーザ装置では、光ノイズが最も少なくなるときの温度を最適温度としていた。
しかし、許容値以下の光ノイズならば、光ノイズが最も少なくなる温度に拘る必要はない。むしろ、光ノイズが最も少なくなる温度に拘ると、駆動電流が多くなってしまったり、温度変動（実際の温度は温調設定温度の上下に変動する）に対するマージンが小さくなってしまう問題点がある。ここで、温度変動に対するマージンとは、光ノイズが許容値を超えないで温調設定温度から変動可能な温度範囲をいう。
そこで、本発明の目的は、光ノイズの影響を最小限に抑えつつ、駆動電流を少なくしたり、温度変動に対するマージンを大きくすることが出来る固体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】
【０００４】
第１の観点では、本発明は、励起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、前記励起レーザ光によって励起され且つ前記励起レーザ光の入射面に反射面が形成され且つ所定の厚みをもった固体レーザ結晶と、前記反射面との間で光共振器を形成する反射面を持つ出力側ミラーと、前記光共振器内に挿入され前記励起レーザ光が入射され高調波を発生する非線形光学素子と、前記出力側ミラーから出力される出力レーザ光が所定出力になるように前記半導体レーザ駆動回路を制御する出力調整回路と、前記固体レーザ結晶と前記光共振器と前記非線形光学素子の少なくとも１つの温度が適正温度となるように制御する温度制御手段とを具備した固体レーザ装置において、前記温度制御手段の制御温度を変化させながら、前記出力レーザ光の光ノイズ成分及び前記駆動電流をモニタし、前記光ノイズ成分が所定の許容値以下の範囲において前記駆動電流が最小となる前記制御温度を、前記適正温度とすることを特徴とする、固体レーザ装置の適正温度測定方法を提供する。
上記第１の観点による固体レーザ装置では、出力レーザ光の光ノイズ成分が許容値以下となる温度領域に対応する駆動電流が最少となる温度で動作するように温調するため、光ノイズの影響を最小限に抑えつつ、駆動電流を少なくすることが出来る。
【０００５】
第２の観点では、本発明は、励起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、前記励起レーザ光によって励起され且つ前記励起レーザ光の入射面に反射面が形成され且つ所定の厚みをもった固体レーザ結晶と、前記反射面との間で光共振器を形成する反射面を持つ出力側ミラーと、前記光共振器内に挿入され前記励起レーザ光が入射され高調波を発生する非線形光学素子と、前記出力側ミラーから出力される出力レーザ光が所定出力になるように前記半導体レーザ駆動回路を制御する出力調整回路と、前記固体レーザ結晶と前記光共振器と前記非線形光学素子の少なくとも１つの温度が適正温度となるように制御する温度制御手段とを具備した固体レーザ装置において、前記温度制御手段の制御温度を変化させながら、前記出力レーザ光の光ノイズ成分をモニタし、前記光ノイズ成分が所定の許容値以下となる温度領域の最低温度と最高温度の中間の温度を、前記適正温度とすることを特徴とする、固体レーザ装置の適正温度測定方法を提供する。
上記第２の観点による固体レーザ装置では、出力レーザ光の光ノイズ成分が許容値以下となる温度領域の最低温度と最高温度の中間の温度で動作するように温調するため、光ノイズの影響を最小限に抑えつつ、温度変動に対するマージンを大きくすることが出来る。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の固体レーザ装置によれば、出力レーザ光の光ノイズ成分が許容値以下となる温度領域に対応する駆動電流が最少となる温度で動作するように温調するため、光ノイズの影響を最小限に抑えつつ、駆動電流を少なくすることが出来る。また、出力レーザ光の光ノイズ成分が許容値以下となる温度領域の最低温度と最高温度の中間の温度で動作するように温調するため、光ノイズの影響を最小限に抑えつつ、温度変動に対するマージンを大きくすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【実施例１】
【０００８】
図１は、実施例１に係る固体レーザ装置１００を示す説明図である。
この固体レーザ装置１００は、レーザ発振部筐体４に収容されたレーザ発振部１０と、制御部筐体６に収容された制御部２０と、レーザ発振部１０と制御部２０とを接続するケーブル８とからなっている。
【０００９】
レーザ発振部１０は、励起レーザ光（波長λａ）を発生する半導体レーザ１１と、励起レーザ光を集光する集光レンズ系１２と、所定の厚みを持ち且つ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光（波長λｂ）を発生する固体レーザ結晶１３と、基本波光が入射すると第２高調波光（波長λｃ＝λｂ／２）を発生する非線形光学素子１４と、固体レーザ結晶１３の反射面との間で光共振器を形成する反射面を持つ出力側ミラー１５と、出力側ミラー１５から外部へ出力される出力レーザ光の一部を透過すると共に残りを分岐するビームスプリッタ１６と、分岐光を受光し電気信号に変換するホトダイオード１７と、ホトダイオード１７の出力Ｐから光ノイズ（高周波成分）Ｎを抽出するハイパスフィルタ１８と、ペルチェ素子と温度センサとを有し半導体レーザ１１の温調を行うための温調ユニット１と、ペルチェ素子と温度センサとを有し光共振器の温調を行うための温調ユニット２と、ペルチェ素子と温度センサとを有し非線形光学素子１４の温調を行うための温調ユニット３と、コネクタ５とを具備している。
【００１０】
制御部２０は、半導体レーザ１１を駆動するための駆動電流Ｉopを出力する半導体レーザ駆動回路２１と、温調ユニット１を介して半導体レーザ１１の温度を制御する半導体レーザ温度制御回路２４と、温調ユニット２を介して共振器の温度を制御する共振器温度制御回路２５と、温調ユニット３を介して非線形光学素子１４の温度を制御する非線形光学素子温度制御回路２６と、ホトダイオード１７の出力Ｐが所定出力となるように半導体レーザ駆動回路２１を制御すると共に各温度制御回路２４，２５，２６を制御する制御回路２８と、コネクタ７とを具備している。
【００１１】
ケーブル８は、レーザ発振部１０のコネクタ５と制御部２０のコネクタ７とを結合している。
【００１２】
図２は、温度走査処理を示すフロー図である。この処理は、制御回路２８に温度走査指示を与えることにより実行される。
なお、この処理の間、ホトダイオード１７の出力Ｐが所定出力となるように半導体レーザ駆動回路２１が制御されている。また、半導体レーザ１１が温調されている。
【００１３】
ステップＳ１では、光共振器の温度Ｔ１を開始温度Ｔ１ｓ（例えば３０℃）とする。
【００１４】
ステップＳ２では、非線形光学素子１４の温度Ｔ２を開始温度Ｔ２ｓ（例えば３０℃）とする。
【００１５】
ステップＳ３では、駆動電流Ｉopと光ノイズＮを実測する。
【００１６】
ステップＳ４では、非線形光学素子１４の温度Ｔ２をΔＴ２（例えば１℃）だけ増加させる。
ステップＳ５では、温度Ｔ２が終了温度Ｔ２ｅ（例えば６０℃）以下ならばステップＳ３に戻り、そうでないならばステップＳ６へ進む。
【００１７】
ステップＳ６では、光共振器の温度Ｔ１をΔＴ１（例えば１℃）だけ増加させる。
ステップＳ７では、温度Ｔ１が終了温度Ｔ１ｅ（例えば６０℃）以下ならばステップＳ２に戻り、そうでないならば処理を終了する。
【００１８】
図２のステップＳ１〜Ｓ７が終わると、例えば図３や図１２に示すような、出力レーザ光が所定出力に維持された状態における温度に対する駆動電流Ｉopの特性データおよび光ノイズＮの特性データが得られる。なお、温度はＴ１，Ｔ２の２種類であるが、図３以降では説明を簡単にするため１種類としている。
【００１９】
図４は、温度領域探索処理を示すフロー図である。この処理は、図２の温度走査処理の後に実行される。
【００２０】
ステップＳ１１では、図５に示すように、温度Ｔｃを開始温度「Ｔｓ＋α」とする。Ｔｓは、特性データの最低温度である。αは、温調設定温度の上下に変動する温度振幅であり、例えば３℃である。
【００２１】
ステップＳ１２では、光ノイズＮの特性データを調べて、Ｔｃを中心として±αの範囲の光ノイズＮが許容値Ｎth以下か否かを判定し、許容値Ｎth以下ならステップＳ１３へ進み、許容値Ｎthを１カ所でも超えていたらステップＳ１４へ進む。例えば、図５では、Ｔｃ＝Ｔｓ＋αであり、Ｔｃを中心として±αの範囲（括弧で示す範囲）の光ノイズＮが許容値Ｎth以下なのでステップＳ１３へ進む。また、図６では、Ｔｃ＝ｔ１であり、Ｔｃを中心として±αの範囲（括弧で示す範囲）の光ノイズＮが許容値Ｎth以下なのでステップＳ１３へ進む。他方、図７では、Ｔｃ＝ｔ２であり、Ｔｃを中心として±αの範囲（括弧で示す範囲）の光ノイズＮが許容値Ｎth以下でない部分があるのでステップＳ１４へ進む。
【００２２】
ステップＳ１３では、現在のＴｃにより温度領域を更新する。すなわち、
（１）それまでに温度領域が全く作成されていないなら、現在のＴｃだけの温度領域＃１を作成する。例えば、図５では、Ｔｃ＝Ｔｓ＋αだけの温度領域＃１を作成する。
（２）それまでに温度領域が作成されていても閉じられておれば、現在のＴｃだけの温度領域を新たに作成する。この温度領域には、新たな番号を付ける。例えば、図８では、Ｔｃ＝ｔ３だけの温度領域＃２を作成する。
（３）閉じられていない温度領域があれば、その温度領域の最高値を現在のＴｃに変更する。例えば、図６では、Ｔｃ＝ｔ１を温度領域＃１の最高値とする。
そして、ステップＳ１５へ進む。
【００２３】
ステップＳ１４では、
（１）閉じていない温度領域がなければ、そのままステップＳ１５へ進む。例えば、図１１では、Ｔｃ＝ｔ４となるまでは温度領域が全く作成されないため、そのままステップＳ１５へ進む。
（２）閉じていない温度領域があれば、その温度領域を閉じ、ステップＳ１５へ進む。例えば、図７では、温度領域＃１を閉じ、ステップＳ１５へ進む。
【００２４】
ステップＳ１５では、ＴｃをΔＴｃ（例えば１℃）だけ増加させる。
ステップＳ１６では、Ｔｃが終了温度「Ｔｅ−α」以下ならばステップＳ１２に戻り、そうでないならば処理を終了する。Ｔｅは、特性データの最高温度である。例えば、図９になるまではステップＳ１２に戻り、図９が終わると処理を終了する。
【００２５】
図４の温度領域探索処理が終わると、例えば、図１０に示すような温度領域＃１（最低値Ｔｓ＋α、最高値ｔ１），温度領域＃２（最低値ｔ３、最高値Ｔｅ−α）が得られる。また、図１１に示すような温度領域＃１（最低値ｔ４、最高値ｔ５）が得られる。
なお、作成した温度領域を記憶すると共に、温度領域に対応する駆動電流Ｉopも記憶する。
【００２６】
図１２は、温度制御処理を示すフロー図である。この処理は、図４の温度領域探索処理が終わっていることが前提であり、固体レーザ装置１００の稼働中に実行される。
【００２７】
ステップＳ２１では、記憶している温度領域に対応する駆動電流Ｉopの最少を与える温度を温調設定温度とし、温度制御する。例えば、図１０に示すような温度領域＃１，温度領域＃２なら、温度ｔ１を温調設定温度とする。また、図１１に示すような温度領域＃１なら、温度ｔ４を温調設定温度とする。
【００２８】
ステップＳ２２では、光ノイズＮを測定する。
ステップＳ２３では、測定した光ノイズＮが許容値Ｎth以下ならステップＳ２２に戻り、そうでなければステップＳ２４へ進む。
ステップＳ２４では、現在の温度領域の最低値と最高値の中間の温度を温調設定温度とし、温度制御する。例えば、図１０に示す温度ｔ１が温調設定温度であるときに測定した光ノイズＮが許容値Ｎthを超えたなら、温度「（Ｔｓ＋α＋ｔ１）／２」を新たな温調設定温度とし、温度制御する。また、図１１に示す温度ｔ４が温調設定温度であるときに測定した光ノイズＮが許容値Ｎthを超えたなら、温度「（ｔ４＋ｔ５）／２」を新たな温調設定温度とし、温度制御する。
【００２９】
実施例１の固体レーザ装置１００によれば、光ノイズＮが許容値Ｎth以下となる温度領域に対応する駆動電流が最少となる温度で動作するように温調するため、光ノイズＮの影響を最小限に抑えつつ、駆動電流を少なくすることが出来る。また、光ノイズＮが許容値Ｎth以下となる温度領域に対応する駆動電流が最少となる温度で動作させていて光ノイズＮが許容値Ｎthを超えると、光ノイズＮが許容値Ｎth以下となる温度領域の最低値と最高値の中間の温度で動作するように温調設定温度を変更するため、光ノイズＮの影響のない動作ポイントに迅速に移行させることが出来る。そして、この移行した動作ポイントでは、温度変動に対するマージンが大きいため、運転を安定に継続することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の固体レーザ装置は、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】
【００３１】
【図１】実施例１に係る固体レーザ装置を示す構成説明図である。
【図２】実施例１に係る温度走査処理を示すフロー図である。
【図３】特性データの例示図である。
【図４】実施例１に係る温度領域探索処理を示すフロー図である。
【図５】特性データと探索開始温度の例示図である。
【図６】特性データと探索中温度の例示図である。
【図７】特性データと探索中温度の別の例示図である。
【図８】特性データと探索中温度のさらに別の例示図である。
【図９】特性データと探索終了温度の例示図である。
【図１０】特性データと温度領域の例示図である。
【図１１】特性データと温度領域の別の例示図である。
【図１２】実施例１に係る温度制御処理を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，２，３
温調ユニット
１１
半導体レーザ
１２
集光レンズ系
１３
固体レーザ結晶
１４
非線形光学素子
１５
出力側ミラー
１８
ハイパスフィルタ
２５
共振器温度制御回路
２６
非線形光学素子温度制御回路
２８
制御部
１００
固体レーザ装置
【図１】
2011009772.tif 000003
【図２】
2011009772.tif 000004
【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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【図９】
2011009772.tif 000011
【図１０】
2011009772.tif 000012
【図１１】
2011009772.tif 000013
【図１２】
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