(57)【要約】【課題】ジャイアントパルスかどうかに関係なく環境温度変化や経時変化が起きても安定したパルスエネルギーを持つパルスを出力できるパルスレーザ装置。【解決手段】励起光を発生する半導体レーザ１と、半導体レーザからの励起光に応じてレーザ光を発生する固体レーザ媒質２と、ＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成部５と、ＲＦ信号生成部で生成されたＲＦ信号に従って、固体レーザ媒質で発生されたレーザ光を変調する音響光学素子３と、固体レーザ媒質と音響光学素子とをミラーで挟んで構成される共振器１０とを備え、ＲＦ信号生成部は、パルスの繰り返し周期が固体レーザ媒質の蛍光寿命よりも長い場合、少なくとも蛍光寿命以上の時間、ＲＦ信号のパワーを所定値に制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を発生する半導体レーザと、
前記半導体レーザからの励起光に応じてレーザ光を発生する固体レーザ媒質と、
ＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成部と、
前記ＲＦ信号生成部で生成されたＲＦ信号に従って、前記固体レーザ媒質で発生されたレーザ光を変調する音響光学素子と、
前記固体レーザ媒質と前記音響光学素子とをミラーで挟んで構成される共振器とを備え、
前記ＲＦ信号生成部は、パルスの繰り返し周期が前記固体レーザ媒質の蛍光寿命よりも長い場合、少なくとも前記蛍光寿命以上の時間、前記ＲＦ信号のパワーを所定値に制御することを特徴とするパルスレーザ装置。
【請求項２】
励起光を発生する半導体レーザと、
前記半導体レーザからの励起光に応じてレーザ光を発生する固体レーザ媒質と、
ＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成部と、
前記ＲＦ信号生成部で生成されたＲＦ信号に従って、前記固体レーザ媒質で発生されたレーザ光を変調する音響光学素子と、
前記固体レーザ媒質と前記音響光学素子とをミラーで挟んで構成される共振器とを備え、
前記ＲＦ信号生成部は、パルスの繰り返し周期が前記固体レーザ媒質の蛍光寿命よりも短い場合、前記ＲＦ信号のオン期間、前記ＲＦ信号のパワーを所定値に制御することを特徴とするパルスレーザ装置。
【請求項３】
励起光を発生する半導体レーザと、
前記半導体レーザからの励起光に応じてレーザ光を発生する固体レーザ媒質と、
ＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成部と、
前記ＲＦ信号生成部で生成されたＲＦ信号に従って、前記固体レーザ媒質で発生されたレーザ光を変調する音響光学素子と、
前記固体レーザ媒質と前記音響光学素子とをミラーで挟んで構成される共振器とを備え、
前記ＲＦ信号生成部は、フィードバックにより前記ＲＦ信号のパワーを所定値に制御するとともに前記フィードバックの速さを決定する時定数がＲＦ信号のオフ期間以上に設定されていることを特徴とするパルスレーザ装置。
【請求項４】
前記音響光学素子に取り付けられ、前記音響光学素子の振動を検出する振動センサを備え、
前記ＲＦ信号生成部は、前記振動センサで検出された前記音響光学素子の振動出力が一定値になるように制御することによりＲＦ信号のパワーを所定値に制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のパルスレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｑスイッチパルスレーザに必要なＲＦ（Radio Frequency）信号の安定化制御を行うパルスレーザ装置に関し、特に固体レーザ媒質の蛍光寿命やＲＦ信号のオフ時間に依存したＡＰＣ（Auto Power Control）を行うパルスレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルスレーザ装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
このパルスレーザ装置は、励起光を発生する半導体レーザと、励起光に応じてレーザ光を発生する固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質で発生されたレーザ光を変調する音響光学素子と、ＲＦ信号を生成して音響光学素子に供給するＲＦ信号生成部と、固体レーザ媒質と音響光学素子とをミラーで挟んで構成される共振器と、ＲＦ信号のパワーを所定値に維持する制御回路とを備えている。
【０００４】
この所定値は、ＲＦ信号のパワーを変化させてＲＦ信号のパワーに対するパルスレーザのばらつきを測定し、許容しうるばらつきとなる最小のＲＦ信号のパワーを基に設定された値である。
【０００５】
このように特許文献１では、パルス繰り返し周期が長いジャイアントパルスを発生させる場合に、パルスエネルギーのばらつきをモニタしながら、ＲＦ信号の最小化を行うことで省電力化、小型化を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１２９２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたパルスレーザ装置では、環境温度が急激に変化した場合には、温度によるばらつきが増加して、これに対応することができない。
【０００８】
また、ジャイアントパルスではないパルスの場合、即ち、パルス繰り返し周期が短い場合には、特許文献１の構成では対応することができない。
【０００９】
本発明の課題は、ジャイアントパルスかどうかに関係なく、環境温度変化や経時変化が起きても、安定したパルスエネルギーを持つパルスを出力することができる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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、励起光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザからの励起光に応じてレーザ光を発生する固体レーザ媒質と、ＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成部と、前記ＲＦ信号生成部で生成されたＲＦ信号に従って、前記固体レーザ媒質で発生されたレーザ光を変調する音響光学素子と、前記固体レーザ媒質と前記音響光学素子とをミラーで挟んで構成される共振器とを備え、前記ＲＦ信号生成部は、パルスの繰り返し周期が前記固体レーザ媒質の蛍光寿命よりも長い場合、少なくとも前記蛍光寿命以上の時間、前記ＲＦ信号のパワーを所定値に制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、励起光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザからの励起光に応じてレーザ光を発生する固体レーザ媒質と、ＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成部と、前記ＲＦ信号生成部で生成されたＲＦ信号に従って、前記固体レーザ媒質で発生されたレーザ光を変調する音響光学素子と、前記固体レーザ媒質と前記音響光学素子とをミラーで挟んで構成される共振器とを備え、前記ＲＦ信号生成部は、パルスの繰り返し周期が前記固体レーザ媒質の蛍光寿命よりも短い場合、前記ＲＦ信号のオン期間、前記ＲＦ信号のパワーを所定値に制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、励起光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザからの励起光に応じてレーザ光を発生する固体レーザ媒質と、ＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成部と、前記ＲＦ信号生成部で生成されたＲＦ信号に従って、前記固体レーザ媒質で発生されたレーザ光を変調する音響光学素子と、前記固体レーザ媒質と前記音響光学素子とをミラーで挟んで構成される共振器とを備え、前記ＲＦ信号生成部は、フィードバックにより前記ＲＦ信号のパワーを所定値に制御するとともに前記フィードバックの速さを決定する時定数がＲＦ信号のオフ期間以上に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るパルスレーザ装置によれば、パルスの繰り返し周期が固体レーザ媒質の蛍光寿命よりも長い場合、少なくとも蛍光寿命以上の時間、ＲＦ信号のパワーを所定値に制御し、又は、パルスの繰り返し周期が固体レーザ媒質の蛍光寿命よりも短い場合、ＲＦ信号のオン期間、ＲＦ信号のパワーを所定値に制御し、又は、フィードバックによりＲＦ信号のパワーを所定値に制御するとともにフィードバックの速さを決定する時定数がＲＦ信号のオフ期間以上に設定されているので、ジャイアントパルスかどうかに関係なく、環境温度変化や経時変化が起きても、安定したパルスエネルギーを持つパルスを出力することができるパルスレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】音響光学素子の動作原理を示す図である。
【図２】レーザ媒質励起時間とパルスエネルギーとの関係を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係るパルスレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例１に係るパルスレーザ装置におけるＲＦ信号生成部の構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係るパルスレーザ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施例２に係るパルスレーザ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施例３に係るパルスレーザ装置の主要な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のパルスレーザ装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
まず、図１を用いて音響光学素子の動作原理を説明する。音響光学素子内に音響波が存在すると、グレーティングのような働きをする。これを音響光学効果という。入射レーザ光は、グレーティングを通ることで回折される。
【００１７】
音響光学素子にＲＦ信号を供給することで、図１（ａ）に示すように、素子内に音響波が発生する。図１（ｂ）に示すように、ＲＦ信号の供給を停止したタイミングで、共振器のロスが減少し、パルスレーザが発生する。即ち、ＲＦ信号をオン／オフ制御することでパルスレーザを出力することができる。
【００１８】
また、パルスエネルギーは、レーザ媒質を励起した時間に対して単調増加する。図２に示すように、蛍光寿命以上の時間、励起しても平衡状態となるため、パルスエネルギーは、略同一レベルのエネルギーとなる。
【００１９】
このため、ジャイアントパルスを出力する場合には、少なくとも固定レーザ媒質の蛍光寿命の期間、ＲＦ信号のＡＰＣ制御を行い、環境温度変化や経時変化が起こってもＲＦ信号のパワーを所定値に制御することで安定したパルスエネルギーを持つパルスを発生することができる。この発明の詳細については、実施例１で説明する。
【００２０】
また、ジャイアントパルスでない場合には、ＲＦ信号がオン期間にＡＰＣ制御を行い、ＲＦ信号のオフ期間だけＡＰＣ制御を停止する。この発明の詳細については、実施例２で説明する。
【００２１】
また、ＡＰＣ制御のフィードバックの時定数をＲＦ信号のオフ期間以上にすることにより、安定したパルスエネルギーを持つパルスを発生することができる。この発明の詳細については、実施例２で説明する。
【実施例１】
【００２２】
図３は、本発明の実施例１に係るパルスレーザ装置の構成を示すブロック図である。このパルスレーザ装置１００は、半導体レーザ１、固体レーザ媒質２、音響光学素子３、２つのミラー４、ＲＦ信号生成部５を備えている。
【００２３】
なお、固体レーザ媒質２と音響光学素子３とを２つのミラー４で挟んで構成される部分が共振器１０である。
【００２４】
半導体レーザ１は、励起光を発生する。この半導体レーザ１で発生された励起光は、ミラー４を介して固体レーザ媒質２に照射される。
【００２５】
固体レーザ媒質２は、レーザ発振の元となる物質であり、例えば、ＹＡＧレーザと呼ばれる固体レーザにおいては、イットリウム、アルミニウムおよびガーネット（Yttrium Aluminum Garnet）などといった物質が用いられる。この固体レーザ媒質２は、半導体レーザ１から励起光が照射されることにより誘導放出光を発生する。この固体レーザ媒質２で発生された誘導放出光は、音響光学素子３に送られる。
【００２６】
音響光学素子３は、Ｑスイッチを構成し、ＲＦ信号生成部５から送られてくるＲＦ信号に従って、固体レーザ媒質２で発生された誘導放出光の基本波を変調することによりパルスエネルギーを制御し、パルス幅の狭いピークの大きなパルスレーザを出力する。
【００２７】
ＲＦ信号生成部５は、ＲＦ信号を生成し、音響光学素子３に送る。ＲＦ信号生成部５は、パルスの繰り返し周期が固体レーザ媒質の蛍光寿命よりも長い場合、少なくとも蛍光寿命以上の時間、ＲＦ信号のパワーを所定値に制御するＡＰＣ制御を行う。
【００２８】
図４は、本発明の実施例１に係るパルスレーザ装置におけるＲＦ信号生成部の構成例を示す図である。ＲＦ信号生成部５は、図４に示すように、ＲＦ発生部５１、ＲＦ増幅器５２、検波回路５３、ＲＦ制御部５４を備えている。
【００２９】
ＲＦ発生部５１は、ＲＦ信号を発生し、ＲＦ信号をＲＦ増幅器５２に出力する。ＲＦ増幅器５２は、ＲＦ発生部５１からのＲＦ信号を増幅して、ＲＦ信号出力として音響光学素子３に供給する。
【００３０】
検波回路５３は、ＲＦ増幅器５２で増幅されたＲＦ信号のパワーを検波し、ＲＦ制御部５４に出力する。即ち、ＲＦ信号のパワーをＲＦ制御部５４にフィードバックする。
【００３１】
ＲＦ制御部５４は、検波回路５３で検波されたＲＦ信号のパワーに基づきＲＦ増幅器５２の増幅率を設定するとともに、ＲＦ信号のパワーが所定値になるように制御するＡＰＣ制御を行う。
【００３２】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るパルスレーザ装置の動作を図５に示すタイミングチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
まず、パルスレーザ装置１００が起動されると、半導体レーザ１は、励起光を発生して固体レーザ媒質２を照射する。これにより、固体レーザ媒質２は、誘導放出光を発生し、音響光学素子３に送る。これと並行して、ＲＦ信号生成部５は、ＲＦ信号を生成して音響光学素子３に与える。
【００３４】
図５に示すように、パルスの繰り返し周期Ｔ（例えば時刻ｔ４〜ｔ７）が固体レーザ媒質２の蛍光寿命τよりも長い場合、即ち、ジャイアントパルスの場合、図２で説明したように蛍光寿命τ以上の時間励起すれば、略同一のエネルギーを持つパルスを生成することができる。このため、ＲＦ信号がオンからオフに変化するまでの少なくとも蛍光寿命τ以上の期間、ＡＰＣ制御をかけたＲＦ信号を音響光学素子３に供給する。
【００３５】
即ち、ＲＦ信号生成部５は、少なくとも蛍光寿命以上の時間、ＲＦ信号のパワーを所定値に制御するＡＰＣ制御を行う。
【００３６】
また、ＲＦ信号生成部５から出力されるＲＦ信号のオン期間（例えば時刻ｔ２〜ｔ４）では、共振器内でのロスがゲインより大きくなってレーザ発振が行われず、固体レーザ媒質２のゲインが上がっていく。この状態からＲＦ信号がオフ期間になると、その立ち下がりからレーザ発振可能な状態になり、ゲインが最大になった固体レーザ媒質２から音響光学素子３を経由してパルス状のレーザが出力される。
【００３７】
以上説明したように、本発明の実施例１に係るパルスレーザ装置によれば、パルスの繰り返し周期Ｔが固体レーザ媒質２の蛍光寿命τよりも長い場合、少なくとも蛍光寿命以上の時間、ＲＦ信号のパワーを所定値に制御するので、ジャイアントパルスかどうかに関係なく、環境温度変化や経時変化が起きても、安定したパルスエネルギーを持つパルスを出力することができる。
【実施例２】
【００３８】
図６は、本発明の実施例２に係るパルスレーザ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。実施例２に係るパルスレーザ装置では、図６に示すように、パルスの繰り返し周期Ｔが固体レーザ媒質２の蛍光寿命τよりも短い場合、即ち、ジャイアントパルスでない場合である。
【００３９】
パルスの繰り返し周期Ｔが蛍光寿命τよりも短いので、ＲＦ信号に対して常にＡＰＣ制御を行うと、ＲＦ信号の平均パワーによってＡＰＣ制御が行われる。ＲＦ信号のオフ期間が一定であると、パルス周波数によりＲＦ信号のオン期間のパワーが変わることになり、所望のパルスエネルギーを得ることができない。
【００４０】
そこで、ＲＦ信号のオンと同時にＡＰＣ制御を開始し、オフと同時（又は直前）にＡＰＣ制御を停止させることで、安定したパルスエネルギーが得られる。
【００４１】
このため、ＲＦ信号生成部５は、図６に示すようにＲＦ信号のオン期間（例えば時刻ｔ１２〜ｔ１３）、ＲＦ信号のパワーを所定値に制御するＡＰＣ制御を行う。
【００４２】
このように、実施例２のパルスレーザ装置によれば、ＲＦ信号生成部５は、パルスの繰り返し周期Ｔが固体レーザ媒質２の蛍光寿命τよりも短い場合、ＲＦ信号のオン期間、ＲＦ信号のパワーを所定値に制御するので、ジャイアントパルスかどうかに関係なく、環境温度変化や経時変化が起きても、安定したパルスエネルギーを持つパルスを出力することができるパルスレーザ装置を提供することができる。
【００４３】
また、ＲＦ信号生成部５は、フィードバックによりＲＦ信号のパワーを所定値に制御するとともにフィードバックの速さを決定する時定数がＲＦ信号のオフ期間以上に設定しても良い。
【００４４】
フィードバックの速さを決定する時定数としては、図４に示す検波回路５３やＲＦ制御部５４に設けられた例えば、抵抗ＲとコンデンサＣとによる時定数ＲＣなどである。
【００４５】
このように、フィードバックの速さを決定する時定数がＲＦ信号のオフ期間以上に設定しているので、ＲＦ信号のオフ期間によるＲＦ信号のパワーの変動を無視できる。これにより、ジャイアントパルスかどうかに関係なく、環境温度変化や経時変化が起きても、安定したパルスエネルギーを持つパルスを出力することができる。
【実施例３】
【００４６】
図７は、本発明の実施例３に係るパルスレーザ装置の主要な構成を示すブロック図である。図７に示す実施例３に係るパルスレーザ装置では、簡略化のため、半導体レーザ１、ミラー４、固体レーザ媒質２を省略しているが、半導体レーザ１、ミラー４、固体レーザ媒質２は、図３に示すそれらと同じである。
【００４７】
図７において、音響光学素子３には振動センサ６が取り付けられている。この振動センサ６は、音響光学素子３の振動を検出する。
【００４８】
ＲＦ信号生成部５ａは、ＲＦ発生部５１、ＲＦ増幅器５２、ＲＦ制御部５４ａを備えている。ＲＦ発生部５１およびＲＦ増幅器５２は、図４に示すそれらと同じであるので、その説明は省略する。
【００４９】
ＲＦ制御部５４ａは、振動センサ６で検出された音響光学素子３の振動出力が一定値になるように制御することによりＲＦ信号のパワーを所定値に制御するＡＰＣ制御を行う。
【００５０】
即ち、振動センサ６を用いることで、ＲＦ信号生成部５は、ＲＦ信号のＡＰＣ制御を行うことができる。
【００５１】
また、振動センサ６によるＲＦ信号のＡＰＣ制御を、実施例１に係るパルスレーザ装置又は実施例２に係るパルスレーザ装置に適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、レーザダイオードの温度変化やＲＦ信号のパワーに依存しないでパルスエネルギーの調整が要求されるパルスレーザ装置に利用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１  半導体レーザ
２  固体レーザ媒質
３  音響光学素子
４  ミラー
５  ＲＦ信号生成部
６  振動センサ
５１  ＲＦ発生部
５２  ＲＦ増幅器
５３  検波回路
５４，５４ａ  ＲＦ制御部
【図１】
2015095536.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015095536.tif 000007
【図６】
2015095536.tif 000008
【図７】
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