(57)【要約】【課題】光ノイズを抑制する。【解決手段】固体レーザ装置の緩和発振周波数近傍でゲインが高くなるように、及び、緩和発振周波数近傍での位相調整用として、固体レーザ装置の出力制御回路（８，９，１０）に、ローパスフィルタ（９ｃ）およびハイパスフィルタ（９ｄ）、若しくは、バンドパスフィルタ（９ｆ）を設ける。【効果】緩和発振周波数近傍以外でゲインが小さくなるため、外乱ノイズ（回路ノイズ等）を効果的にカットできて、光ノイズの抑制に対して好適となる。また、緩和発振周波数ｆｋ付近での位相を進めることが出来るので、緩和発振周波数ｆｋ近傍で発生する光ノイズの位相遅れを補償することが出来る。以上より、出力制御回路による帰還制御にて効果的に光ノイズを抑制することが出来る【選択図】  図１
2004333599.tif 000002
【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、前記半導体レーザからのレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶と、前記マイクロチップレーザ結晶からのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、前記光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置において、
ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを前記出力制御回路に設けたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体レーザ装置において、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を、ローパスフィルタのカットオフ周波数より高く設定したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】
レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶と、前記マイクロチップレーザ結晶からのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、前記光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置において、
中心周波数を固体レーザ装置の緩和発振周波数以上に設定されているバンドパスフィルタを前記出力制御回路に設けたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項４】
レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、前記光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置において、
ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを前記出力制御回路に設けたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の固体レーザ装置において、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を、ローパスフィルタのカットオフ周波数より高く設定したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項６】
レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、前記光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置において、
中心周波数を固体レーザ装置の緩和発振周波数以上に設定されているバンドパスフィルタを前記出力制御回路に設けたことを特徴とする固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、光ノイズを効果的に抑制できる固体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光を発生する半導体レーザと、半導体レーザからのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、光の強度が所定値になるように半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、半導体レーザからのレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶を、非線形光学素子の前段に設けた固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１０６６８２号公報
【特許文献２】
特表平４−５０３４２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に、従来の固体レーザ装置の一例における非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶のゲイン伝達特性および位相伝達特性の実測例を示す。
図１２の例では、約１１ＭＨｚにゲインピークが出ている。このゲインピークの周波数を固体レーザ装置の緩和発振周波数ｆｋと呼ぶ。また、図１２の例では、緩和発振周波数ｆｋ付近を境に位相が反転しており、緩和発振周波数ｆｋでは位相が約９０゜遅れている。
【０００５】
図１３に、前記固体レーザ装置の光ノイズ波形実測例を示す。
図１３の例では、光ノイズの発振周波数は約１１ＭＨｚであり、図１２における緩和発振周波数ｆｋと一致している。
【０００６】
さて、図１２の位相伝達特性を持つ固体レーザ装置では、出力制御回路による負帰還制御で緩和発振周波数ｆｋより低い周波数帯域を制御している。
ところが、図１２に示すように緩和発振周波数ｆｋ付近で位相伝達特性が反転するために、緩和発振周波数ｆｋより高い周波数帯域に回路ノイズ等の外乱が含まれた場合、制御系が発振して帰還制御ができなくなり、光ノイズを抑制できないという問題点がある。また、緩和発振周波数ｆｋより低い周波数帯域に回路ノイズ等の外乱が含まれた場合、制御系では光ノイズとして扱われてしまうため、光ノイズを効果的に抑制できないという問題点がある。また、緩和発振周波数ｆｋ付近にある光ノイズも、約９０゜の位相遅れがあるために、出力制御回路による帰還制御では、光ノイズの抑制に限界があるという問題点がある。
そこで、本発明の目的は、光ノイズを効果的に抑制できる固体レーザ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、前記半導体レーザからのレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶と、前記マイクロチップレーザ結晶からのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、前記光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置において、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタ、若しくは、バンドパスフィルタ、を前記出力制御回路に設けたことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
光ノイズは、緩和発振周波数ｆｋ付近で発生し、約９０゜の位相遅れが生じていると考えられる。
つまり、緩和発振周波数ｆｋ近傍の帯域の信号を抽出し、位相を制御すれば、光ノイズを効果的に抑制できることになる。
上記第１の観点による固体レーザ装置では、緩和発振周波数ｆｋ近傍で減衰率が小さくなるように、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタ、若しくは、バンドパスフィルタ、を設けている。
上記のようなローパスフィルタ及びハイパスフィルタの足し合わせ、若しくは、バンドパスフィルタ、の伝達特性は、緩和発振周波数ｆｋ近傍以外で減衰率が大きい。このため、外乱ノイズ（回路ノイズ等）が効果的にカットされて、光ノイズの発生する帯域の信号のみを抽出することができ、光ノイズの抑制に関して効果的となる。
さらに、ローパスフィルタのカットオフ周波数よりもハイパスフィルタのカットオフ周波数を高め（高周波側）に設定するか、又は、バンドパスフィルタの中心周波数を操作することにより、緩和発振周波数ｆｋ付近での位相を進めることが出来るので、緩和発振周波数ｆｋ近傍で発生する光ノイズの位相遅れを補償することが出来る。
結局、上記ローパスフィルタ及びハイパスフィルタの組み合わせ、又は、バンドパスフィルタにより、光ノイズの発生する帯域の信号のみを抽出することができ、またその位相補償もできるので、出力制御回路による帰還制御にて効果的に光ノイズを抑制することが出来る。
【０００８】
第２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、前記半導体レーザからのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、前記光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置において、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタ、若しくは、バンドパスフィルタ、を前記出力制御回路に設けたことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
光ノイズは、緩和発振周波数ｆｋ付近で発生し、約９０゜の位相遅れが生じていると考えられる。
つまり、緩和発振周波数ｆｋ近傍の帯域の信号を抽出し、位相を制御すれば、光ノイズを効果的に抑制できることになる。
上記第２の観点による固体レーザ装置では、緩和発振周波数ｆｋ近傍で減衰率が小さくなるように、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタ、若しくは、バンドパスフィルタ、を設けている。
上記のようなローパスフィルタ及びハイパスフィルタの足し合わせ、若しくは、バンドパスフィルタ、の伝達特性は、緩和発振周波数ｆｋ近傍以外で減衰率が大きい。このため、外乱ノイズ（回路ノイズ等）が効果的にカットされて、光ノイズの発生する帯域の信号のみを抽出することができ、光ノイズの抑制に関して効果的となる。
さらに、ローパスフィルタのカットオフ周波数よりもハイパスフィルタのカットオフ周波数を高め（高周波側）に設定するか、又は、バンドパスフィルタの中心周波数を操作することにより、緩和発振周波数ｆｋ付近での位相を進めることが出来るので、緩和発振周波数ｆｋ近傍で発生する光ノイズの位相遅れを補償することが出来る。
結局、上記ローパスフィルタ及びハイパスフィルタの組み合わせ、又は、バンドパスフィルタにより、光ノイズの発生する帯域の信号のみを抽出することができ、またその位相補償もできるので、出力制御回路による帰還制御にて効果的に光ノイズを抑制することが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す本発明の実施の形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１０】
−第１の実施形態−
図１は、第１の実施形態にかかる固体レーザ装置１００を示す構成図である。この固体レーザ装置１００は、レーザ光を発生する半導体レーザ１と、レーザ光を集光する集光レンズ系２と、集光されたレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶３と、マイクロチップレーザ結晶３からのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子４と、非線形光学素子４から出射される光の強度を検出するためのスプリッタ５，光学フィルタ６及びフォトダイオード７と、フォトダイオード７で検出した光の強度が所定値になるように制御信号Ｌを出力する低速ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路８と、フォトダイオード７で検出した光のノイズ成分が０になるように制御信号Ｈを出力する高速ＡＰＣ回路９と、制御信号Ｌ及び制御信号Ｈに基づく駆動電流を半導体レーザ１に供給するＬＤ駆動回路１０とを具備している。
【００１１】
低速ＡＰＣ回路８は、信号増幅回路８ｂと、ローパスフィルタ８ｃと、信号反転増幅回路８ｅとを含んでいる。
高速ＡＰＣ回路９は、結合コンデンサ９ａと、信号増幅回路９ｂと、ローパスフィルタ９ｃと、ハイパスフィルタ９ｄと、信号反転増幅回路９ｅとを含んでいる。ローパスフィルタ９ｃおよびハイパスフィルタ９ｄの代わりに、バンドパスフィルタ９ｆを用いてもよい。
【００１２】
図２に、ローパスフィルタ８ｃ，９ｃの回路例を示す。
図２の（ａ）の回路でも、（ｂ）の回路でもよい。
図３に、ハイパスフィルタ９ｄの回路例を示す。
図３の（ａ）の回路でも、（ｂ）の回路でもよい。
図４に、バンドパスフィルタ９ｆの回路例を示す。
【００１３】
図５に、ローパスフィルタ８ｃ，９ｃのゲイン伝達特性を示す。
図７に、ハイパスフィルタ９ｄのゲイン伝達特性を示す。
上記のようなローパスフィルタ９ｃとハイパスフィルタ９ｄの足し合わせの伝達特性は、緩和発振周波数ｆｋ近傍以外でゲインが小さくなるため、外乱ノイズ（回路ノイズ等）が効果的にカットされて、光ノイズの抑制に対して好適となる。
【００１４】
図６に、ローパスフィルタ８ｃ，９ｃの位相伝達特性を示す。
図８に、ハイパスフィルタ９ｄの位相伝達特性を示す。
ローパスフィルタ９ｃのカットオフ周波数よりハイパスフィルタ９ｄのカットオフ周波数を高め（高周波側）に設定することにより、緩和発振周波数ｆｋ付近での位相を進めることが出来るので、緩和発振周波数ｆｋ近傍で発生する光ノイズの位相遅れを補償することが出来る。
【００１５】
上記ローパスフィルタ９ｃ及びハイパスフィルタ９ｄの組み合わせにより、光ノイズの発生する帯域の信号のみを抽出することができ、またその位相補償もできるので、高速ＡＰＣ回路９による帰還制御にて効果的に光ノイズを抑制することが出来る。
なお、ローパスフィルタ９ｃ及びハイパスフィルタ９ｄの次数は、適宜決定する。
【００１６】
図９に、バンドパスフィルタ９ｆのゲイン伝達特性を示す。
図１０に、バンドパスフィルタ９ｆの位相伝達特性を示す。
上記バンドパスフィルタ９ｆの中心周波数および次数を操作することで、光ノイズの発生する帯域の信号のみを抽出することができ、またその位相補償もできるので、高速ＡＰＣ回路９による帰還制御にて効果的に光ノイズを抑制することが出来る。
【００１７】
−第２の実施形態−
図１１は、第２の実施形態にかかる固体レーザ装置２００を示す構成図である。
この固体レーザ装置２００は、第１の実施形態にかかる固体レーザ装置１００からマイクロチップレーザ結晶３を省いた以外は、同じ構成である。
【００１８】
この固体レーザ装置２００でも、第１の実施形態にかかる固体レーザ装置１００と同じ効果が得られる。すなわち、上記ローパスフィルタ９ｃ及びハイパスフィルタ９ｄの組み合わせにより、高速ＡＰＣ回路９による帰還制御にて効果的に光ノイズを抑制することが出来る。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の固体レーザ装置によれば、固体レーザ装置の緩和発振周波数近傍でゲインが高くなるように、及び、緩和発振周波数近傍での位相調整用として、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタ、若しくは、バンドパスフィルタを、出力制御回路に設けることにより、緩和発振周波数近傍以外でゲインが小さくなるため、外乱ノイズ（回路ノイズ等）を効果的にカットできて、光ノイズの抑制に対して好適となる。また、緩和発振周波数ｆｋ付近での位相を進めることが出来るので、緩和発振周波数ｆｋ近傍で発生する光ノイズの位相遅れを補償することが出来る。以上より、出力制御回路による帰還制御にて効果的に光ノイズを抑制することが出来る
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る固体レーザ装置を示す構成図である。
【図２】ローパスフィルタの回路例を示す回路図である。
【図３】ハイパスフィルタの回路例を示す回路図である。
【図４】バンドパスフィルタの回路例を示す回路図である。
【図５】ローパスフィルタのゲイン伝達関数を示す特性図である。
【図６】ローパスフィルタの位相伝達関数を示す特性図である。
【図７】ハイパスフィルタのゲイン伝達関数を示す特性図である。
【図８】ハイパスフィルタの位相伝達関数を示す特性図である。
【図９】バンドパスフィルタのゲイン伝達関数を示す特性図である。
【図１０】バンドパスフィルタの位相伝達関数を示す特性図である。
【図１１】第２の実施形態に係る固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１２】固体レーザ装置の一例における非線形光学素子およびマイクロチップレーザ結晶のゲイン伝達特性および位相伝達特性の実測例を示す特性図である。
【図１３】固体レーザ装置の一例における光ノイズ波形を示す実測図である。
【符号の説明】
１                  半導体レーザ
３                  マイクロチップレーザ結晶
４                  非線形光学素子
８                  低速ＡＰＣ回路
８ｃ                ローパスフィルタ
９                  高速ＡＰＣ回路
９ｃ                ローパスフィルタ
９ｄ                ハイパスフィルタ
９ｆ                バンドパスフィルタ
１００，２００      固体レーザ装置
【図１】
2004333599.tif 000003
【図２】
2004333599.tif 000004
【図３】
2004333599.tif 000005
【図４】
2004333599.tif 000006
【図５】
2004333599.tif 000007
【図６】
2004333599.tif 000008
【図７】
2004333599.tif 000009
【図８】
2004333599.tif 000010
【図９】
2004333599.tif 000011
【図１０】
2004333599.tif 000012
【図１１】
2004333599.tif 000013
【図１２】
2004333599.tif 000014
【図１３】
2004333599.tif 000015