(57)【要約】【課題】高出力のレーザ光を、安全かつ容易に長期にわたり安定して取り出せるようにし、レーザ光の偏光面を連続的に回転可能にし、動作状態を表示する。【解決手段】共振器Ｒの直後に設けた１／２波長板３０を回転して、共振器Ｒの出力レーザ光の偏光面を回転する。水平偏光のみを透過する偏光子３１で、直進光と分岐光に分離する。現在出力レーザ光のパワーＦｏｕｔを、光検出器３６で検出する。その検出値に従って、１／２波長板３０の回転角度を決定し、直進光のパワーを一定にする。偏光子３１と１／２波長板３０を回転することで、レーザ光の偏光面を連続的に回転することができる。現在出力と１／２波長板３０の回転角度から共振器出力Ｆｉｎを求め、現在出力や記憶した最高出力とともに、表示装置に表示する。共振器出力が、設定した現在出力に近づいたら警告を表示する。【選択図】      図２
2005026381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のミラーの間に配置されたレーザ媒質内で励起されたレーザ光を前記一対のミラー間で反射させて増幅する共振器を有するレーザ装置において、前記共振器からのレーザ光を受けて偏光面を回転させる１／２波長板と、前記レーザ光を直進光である第１偏光と分岐光である第２偏光とに分離して出力する偏光子と、前記１／２波長板と前記偏光子とを通過した出力レーザ光の強度を検出する光検出手段と、前記出力レーザ光の強度が所定値となるように前記光検出器の出力に基づいて前記１／２波長板を駆動制御するコントロール回路と、前記共振器からのレーザ光の最高出力を表示する最高出力表示部と、前記偏光子を通過した出力レーザ光の出力を表示する現在出力表示部とを具備することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記１／２波長板の回転角度と前記光検出器からの出力が入力される第１演算回路と、前記演算回路の演算出力に基づき、前記１／２波長板の回転角度に応じて前記光検出器からの出力を表示する角度対パワーグラフ表示部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記共振器からのレーザ出力を共振器出力Ｆｉｎとし、前記偏光子を通過した出力レーザ光のパワーを現在出力Ｆｏｕｔとしたとき、前記１／２波長板の回転角度と前記光検出器からの出力が入力され、Ｆｉｎ＝Ｆｏｕｔ（１／ｃｏｓ２（２θ））の演算を処理する第２演算回路と、前記演算回路で求めた値を前記共振器出力として表示する共振器出力表示部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記現在出力Ｆｏｕｔと前記共振器出力Ｆｉｎとを比較する比較回路と、前記比較回路の出力に基づいて前記共振器出力Ｆｉｎが前記現在出力Ｆｏｕｔに対して所定の比率になったことを表示する警報表示部とを備えたことを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ装置に関し、特に、加工機や露光装置などに好適な高出力のレーザ光を長期間安定に出力するとともに、動作状態を表示するレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体レーザ媒質と非線形光学結晶を組み合わせた小型で短波長の光を発する固体レーザ装置が、微細加工装置や露光用照明装置として用いられている。この種の固体レーザ装置としては、小型で高い出力を備え、且つ安定した状態で、被加工物への加工を行うべく、レーザの出力変動を極めて小さくすることに加え、正確な出力制御が要求されている。固体レーザ媒質を励起する励起光源として用いられる半導体レーザ光源は高出力化が進んでおり、それとともに、固体レーザ装置も高出力化・高効率化に向けて研究開発が行われている。また、高出力化・高効率化とともにレーザ装置の小型化も要求されており、レーザ装置の使用状態においても安全にかつレーザ光の出力を調整できるようにすることが望まれている。以下に、従来のレーザ装置の例をいくつかあげる。
【０００３】
特許文献１には、プリズムを利用することにより、共振器を小型化した固体レーザ装置が開示されている。特許文献１に開示された固体レーザ装置は、図６に示すように、反射鏡と台形柱プリズムとの間の第１の光軸上に、固体レーザ媒質および偏光子を備えている。反射鏡と台形柱プリズムとの間の第２の光軸上に、ポッケルスセルおよび１／４波長板を備えている。この固体レーザ装置では、偏光子側から固体レーザ媒質を通過した光は、反射鏡において、等価的に１／２波長板を透過する。すなわち、１／４波長板を透過し、半透鏡により反射され、再び１／４波長板を透過する。そして、反射鏡と反射鏡との間の共振器中で、励起手段により励起された固体レーザ媒質において誘導放出された光が、台形柱プリズムにより折り返された光軸上を共振器内で往復して、レーザ発振する。
【０００４】
特許文献２には、機械的シャッタを用いることなく、露光時の光量を正確に制御できる露光用照明装置が開示されている。図７に示すように、露光用照明装置の光源は、所定の偏光状態の紫外光を発生する。偏光制御手段である１／２波長板で、光源からの光の偏光状態を変化させる。光強度制御手段である偏光子で、偏光制御手段からの光の強度を、偏光状態に応じて変化させる。ビームスプリッターで、光強度制御手段からの光の一部を反射する。ビームスプリッターからの反射光の光量を、光検出器で検出する。光検出器によって検出される光量が一定となるように、偏光制御手段を制御する。
【０００５】
特許文献３には、高出力のレーザ発振光を出力する場合であっても、安定して強度を制御することができる固体レーザ装置が開示されている。図８に示すように、偏光子と第１の反射鏡（図左）との間の第１の光軸上に、固体レーザ媒質と第１の１／４波長板とを有する第１の光学系がある。第１の反射鏡の反射面は、第１の光軸に垂直である。偏光子と第２の反射鏡（図右下）との間の第２の光軸上に、ポッケルスセルと第２の１／４波長板とを有する第２の光学系がある。第２の反射鏡の反射面は、第２の光軸に垂直である。偏光子は、第１の光軸に沿って入射した光のうち、第１の偏光成分を透過させる。第１の偏光に直交する第２の偏光成分を、第２の光軸の方向に反射させる。励起光源で、固体レーザ媒質を光励起し、反転分布を生じさせる。回転駆動部で、第１の光軸を中心軸として、第１の１／４波長板を回転させる。偏光子を透過して出力されたレーザ発振光の一部を、ビームスプリッターで分岐する。光検出器で、分岐された光の強度を検出する。検出された光の強度に基づいて、制御回路で回転駆動部を制御する。第１の１／４波長板の回転角を調整することにより、固体レーザ装置から出力されるレーザ発振光の強度を調整できる。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５６−７６５８７号公報
【特許文献２】
特開平９−１９９３９４号公報
【特許文献３】
特開平１１−９７７８２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された固体レーザ装置では、励起手段を制御することにより、レーザ発振光の強度をある程度は調整することができるが、レーザ発振光の強度を安定に制御することが困難であるという問題がある。
【０００８】
また、特許文献３に開示され固体レーザ装置では、第１の光学系と１／４波長板とを有する第２の光学系を備える必要があるため、光学系が複雑になるという問題がある。また、共振器内でのレーザ出力を調整することで、共振器内のレーザ媒質内に吸収されるレーザ出力も変化してしまうため、レーザ媒質内部の熱勾配が変化して共振器内の光路も変化し、共振器外に出力されるレーザ光のビーム形状及び性質が変わってしまうという問題もある。一方、レーザ装置の使用者が容器の外に出力調整手段を配設したものは、容器から出力されるレーザ光軸とのアライメントが必要になり、さらに塵埃対策、安全対策が要求されるものである。
【０００９】
特許文献２に開示された装置では、レーザ出力を調整、あるいは一定に保つべき考慮が払われてはいるものの、長期に亘る使用により励起光源の劣化、振動、あるいは非線形光学結晶の劣化などにより、被加工物への加工に要するレーザパワーそのものが要求される規定値より低下した場合の対策までは考慮が払われていない。即ち、ＬＤ（レーザダイオード）励起固体レーザ装置は、励起光源ＬＤの寿命や、ＬＤ励起固体レーザ装置の振動により、共振器の光軸がずれることで、時間と共にレーザ出力は低下する。レーザ出力を長時間安定に制御するためには、レーザ出力の低下に伴ってＬＤ電流を上昇する方法が既知の技術であるが、その技術を用いてもＬＤを一定の出力で保てる時間は約５０００時間と短いので、それに影響されるＬＤ励起固体レーザ装置の寿命も同等程度に短く、さらなるレーザ出力の長時間安定性が要求される。
【００１０】
産業用途のＬＤ励起固体レーザ装置は、レーザ出力をある設定値に保ったまま使用することが多いが、ＬＤ電流を上昇させる方法でレーザ出力安定制御を行うと、ＬＤの寿命によってＬＤのレーザ出力が大きく低下した時に、レーザ出力が設定値の出力を満たすことができなくなる。そのような状態になると、ＬＤ励起固体レーザ装置の修理をするため、ＬＤ励起固体レーザ装置を止めなくてはならない。また、修理の人が来るまでに時間が掛かるので、作業工程に大幅な遅れが生じる。そこで、レーザ出力の設定値を満たさなくなる一歩手前で警報を発生する機能を備え、事前にＬＤ励起レーザ装置メーカーに連絡して迅速に修理を行う事が要求される。しかし、前記の出力安定制御では、ＬＤのレーザ出力が一定に制御できる時間を予想または測定することが非常に困難なので、レーザ出力の設定値を満たさなくなる一歩手前で警報を発することは不可能であった。なお、ＬＤばかりでなく、非線形光学結晶の劣化においても同様なことがいえる。
【００１１】
ＬＤ励起固体レーザ装置のレーザ光の光軸を、全反射ミラーで折り曲げる時、例えば光軸に対して・・・の角度に全反射ミラーを配置して、レーザ光を・・・方向に曲げる時の反射率は、レーザ光の偏光面（Ｐ波、Ｓ波）によって変化するので、高出力のまま光軸を曲げるためには、偏光面の角度を調整する必要がある。図９（ａ）に示すように、光軸に対して・・・の角度に全反射ミラーを配置して、レーザ光の光軸を全反射ミラーで・・・曲げる時の反射率は、レーザ光の偏光面（Ｐ波、Ｓ波）によって、図９（ｂ）のように反射率が変化する。偏光面の角度を調整するためには、レーザ光の光軸に１／２波長板を挿入するという既知の技術があるが、光学部品が増えるのでスペースが大きくなり、コストもかかるという問題がある。
【００１２】
一方、研究用途のＬＤ励起固体レーザ装置では、出力を一定に保持したまま偏光面を連続的に変えることで、偏光面に大きく依存する非線形結晶や偏光子の特性を測定することがある。既知の技術として、ＬＤ励起固体レーザの出射口に１／２波長板を挿入して、光軸を中心に回転させる方法がある。レーザ出力を変える時は、ＬＤ電流を調整することになるので、ビームの形状や性質が変化するおそれがある。出力を変化させると、ＬＤの寿命の影響で、長時間安定にレーザ出力を保持することはできない。レーザ出力を自在に変えて長時間出力を一定に保持したまま偏光面を連続的に変えることができないという問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、高出力のレーザ発振光を出力する場合であっても、安全にかつ容易に、レーザ光のビーム形状及び性質を変化させることなく、長期にわたりレーザ出力を安定した状態で取り出し、かつレーザの出力を長時間保持したまま、レーザの偏光面を連続的に変化でき、しかも動作状態を容易に目視できるようにしたレーザ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、一対のミラーの間に配置されたレーザ媒質内で励起されたレーザ光を一対のミラー間で反射させて増幅する共振器を有するレーザ装置に、共振器からのレーザ光を受けて偏光面を回転させる１／２波長板と、レーザ光を直進光である第１偏光と分岐光である第２偏光とに分離して出力する偏光子と、１／２波長板と偏光子とを通過した出力レーザ光の強度を検出する光検出手段と、出力レーザ光の強度が所定値となるように光検出器の出力に基づいて１／２波長板を駆動制御するコントロール回路と、共振器からのレーザ光の最高出力を表示する最高出力表示部と、偏光子を通過した出力レーザ光の出力を表示する現在出力表示部とを具備する構成とした。このように構成したことにより、レーザ出力を安定化できると共に、レーザ装置の動作状態を容易に監視できる。
【００１５】
また、１／２波長板の回転角度と光検出器からの出力が入力される第１演算回路と、演算回路の演算出力に基づき、１／２波長板の回転角度に応じて光検出器からの出力を表示する角度対パワーグラフ表示部とを備えた構成とした。このように構成したことにより、１／２波長板の回転角度を容易に確認でき、かつ最高出力に対応する１／２波長板の回転位置を検出できる。さらに、１／２波長板や偏光子が損傷した場合、角度対パワーグラフがｃｏｓ２（２θ）にならないので、光学部品の状態も確認することができる。
【００１６】
また、共振器からのレーザ出力を共振器出力Ｆｉｎとし、偏光子を通過した出力レーザ光のパワーを現在出力Ｆｏｕｔとしたとき、１／２波長板の回転角度と光検出器からの出力が入力され、Ｆｉｎ＝Ｆｏｕｔ（１／ｃｏｓ２（２θ））の演算を処理する第２演算回路と、演算回路で求めた値を共振器出力として表示する共振器出力表示部とを備えた構成とした。このように構成したことにより、共振器出力を常に監視できるようになり、保守の容易なレーザ装置とすることができる。
【００１７】
さらに、現在出力Ｆｏｕｔと共振器出力Ｆｉｎとを比較する比較回路と、比較回路の出力に基づいて共振器出力Ｆｉｎが現在出力Ｆｏｕｔに対して所定の比率になったことを表示する警報表示部とを備えた構成とした。このように構成したことにより、共振器出力と現在出力との対比がリアルタイムで行なわれ、より確実に補修のタイミングを判断でき、稼動効率を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態）
本発明の実施の形態は、現在出力レーザ光のパワー検出値に従って、レーザ共振器の直後に設けた１／２波長板を回転して、レーザ共振器からのレーザ光の偏光面を回転し、偏光子で直進光と分岐光に分離して直進光のパワーを一定にするとともに、共振器出力などの装置状態を表示する固体レーザ装置である。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態における固体レーザ装置の構成図である。図１において、ミラー１０，１１は、一対の反射鏡である。レーザロッド１３，１４は、１０６４ｎｍの基本波を発生するレーザ媒質である。基本波は他の波長でもよい。励起モジュール１５，１６は、光を励起するユニットである。レーザダイオード１７，１８は、レーザ光でレーザ媒質を励起する装置である。ビームスプリッター１９は、高調波レーザ光を透過し、基本波レーザ光を反射する光学素子である。Ｑスイッチ２０は、レーザ発振を制御するスイッチである。非線形光学結晶２１，２２は、基本波レーザ光から高調波レーザ光を生成する光学素子である。高調波生成モジュール２３は、高調波レーザ光を生成するユニットである。出力可変手段Ａは、レーザ光の強度を調整する手段である。光軸Ｌ１は、基本波レーザ光の光軸である。共振器Ｒは、レーザ光を発振する共振器である。容器Ｔは、レーザ光を発生する部品を収容する容器である。第１アームＴ１は、容器のうち、励起部分を収容する腕部である。第２アームＴ２は、容器のうち、高調波生成部分を収容する腕部である。第３アームＴ３は、容器のうち、出力調整手段を収容する腕部である。出力窓Ｗは、容器から外部にレーザ光を導出する窓である。
【００２１】
この固体レーザ装置には、共振器Ｒを形成する一対のミラー１０，１１との間の光軸Ｌ１に、１０６４ｎｍの基本波を発生するレーザ媒質であるレーザロッド１３，１４を備えた励起モジュール１５，１６が、直列に配置されている。レーザロッド１３，１４は、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４である。これらの励起モジュール１５，１６は、レーザロッド１３，１４を励起するため、各レーザロッドの側面にレーザダイオード１７，１８を備えている。この例では、励起モジュールを２個直列に配置したが、３個であってもよい。ミラー１０と励起モジュール１５の間には、Ｑスイッチ２０が配置されている。
【００２２】
励起モジュール１６と反射ミラー１１との間には、ビームスプリッター１９と、第３高調波を生成する非線形光学結晶２１，２２よりなる高調波生成モジュール２３が設けられている。この例では、第３高調波を生成するＬＢＯタイプＩＩが用いられている。第２高調波を生成する場合は、ＬＢＯタイプＩが用いられる。その他の非線形光学結晶、ＫＴＰ、ＫＤＰ、ＬＮＯ、ＢＢＯ，ＣＬＢＯを用いてもよい。ミラー１０，１１と、励起モジュール１６，１７と、ビームスプリッター１９と、高調波生成モジュール２３などの光学部品は、Ｔ字状の容器Ｔに収容されている。この容器Ｔにはさらに、ビームスプリッター１９から分離された高調波のレーザ光のパワーを調整する出力可変手段Ａを収容している。
【００２３】
ビームスプリッター１９を境界として、Ｔ字状の第１アームＴ１の部分に、励起モジュール１５，１６とＱスイッチ２０が収容されている。Ｔ字状の第２アームＴ２の部分に、高調波生成モジュール２３が収容されている。Ｔ字状の第３アームＴ３の部分に、出力可変手段Ａが収容されている。レーザが安定して発振するように、容器Ｔには窒素などの不活性ガスが封入されている。図１に示すように、出力可変手段Ａは、ビームスプリッター１９と、Ｔ字状の第３アームＴ３に設けられた出力窓Ｗとの間に配置されている。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態における固体レーザ装置に用いる出力可変手段の概略図である。図２において、１／２波長板３０は、共振器Ｒからの出力レーザ光の偏光面を回転させる手段である。偏光子３１は、水平偏光成分と垂直偏光成分を分離する手段である。モータ３２は、１／２波長板３０を回転させる手段であり、後述されるモータドライバー回路からのパルスの数に応じて駆動されるものである。モータ３３は、偏光子３１を回転させる手段である。ビームスプリッター５０は、レーザ光の一部を分岐させる光学素子である。光検出器３６はビームスプリッター５０で分岐されたレーザ光の強度（パワー）を検出する手段である。なお、出力可変手段Ａは、１／２波長板３０と、偏光子３１と、モータ３２と、モータ３３と、光検出器３６と、駆動制御装置とを含み、１／２波長板３０と偏光子３１は、レーザ光軸Ｌ２上にある。
【００２５】
信号処理回路７０は、ビームスプリッター５０での光損失分を補償したうえで光検出器３６の出力を増幅し、且つアナログ値をデジタル値に変換する回路である。コントロール回路７２は、マイクロコンピュータを内蔵する制御回路であり、モータドライブ回路７４と接続されており、操作設定・表示装置７６とＲＳ２３２Ｃ通信手段により結合されている。モータドライブ回路７４は、そのパルス出力によりモータ３２をパルス駆動する回路である。例えば９０００個のパルスで、モータ３２が一回転するように駆動する。図示していないが、パルスの数に対応した１／２波長板３０の回転角度θが、演算回路に供給される。
【００２６】
第１演算信号処理回路８０は、モータドライブ回路７４からの出力パルスと、信号処理回路７０からの出力を受け、パルス数、即ちモータ３２の回転角度とレーザパワーとの関係を演算処理する回路である。第２演算信号処理回路８２は、現在出力の値と１／２波長板３０の回転角度とから、共振器出力を求める回路である。モータドライブ回路７４からの出力パルス数（モータ３２の回転角度）と、信号処理回路７０からの出力を受け、出力レーザのパワーを、モータ３２の回転角度に従う関数値で除して、共振器出力を得る。第１表示ドライブ回路８４は、第１演算信号処理回路８０の出力を受け、角度対パワーグラフを表示部８６に表示させる手段である。第２表示ドライブ回路８８は、第２演算信号処理回路８２の出力を受け、共振器出力を表示する共振器出力表示部９０を駆動する手段である。
【００２７】
記憶回路９２は、第１演算信号処理回路８０からの出力を受け、共振器出力の最高値を記憶するメモリである。比較回路９４は、記憶回路９２の出力と第２演算信号処理回路８２の出力とを比較する手段である。第３表示ドライブ回路９６は、比較回路９４の出力を受け、警報表示部９８に、共振器出力が所定の値に低下したことを表示して、レーザ装置の使用者に警告する手段である。第４表示ドライブ回路１００は、記憶回路９２の出力を受け、最高出力表示部１０２に、レーザ装置の共振器の最高出力値を表示させる手段である。第５表示ドライブ回路１０４は、信号処理回路７０の出力を受け、ビームスプリッター５０から出力されている現在出力を現在出力表示部１０６に表示させる手段である。
【００２８】
なお、各表示部８６，９０，９８，１０２及び１０６は、操作設定・表示装置７６に設けられている。操作設定・表示装置７６は、モータドライブ回路７４をスタートさせる指令手段と、ビームスプリッター５０からのレーザ出力を設定する手段とを含む。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態における固体レーザ装置で、１／２波長板を角度θだけ傾けた時のレーザの水平偏光のレーザ出力相対値（パワー）を示すグラフ（ａ）と、１／２波長板を角度θだけ傾けた時のレーザの出力特性（振幅）を示すグラフ（ｂ）である。図４は、固体レーザ装置のレーザ出力相対値と１／２波長板の回転角度と時間関係を示すグラフである。
【００３０】
上記のように構成された本発明の実施の形態における固体レーザ装置の動作を説明する。最初に、図１と図２を参照しながら、固体レーザ装置の機能の概略を説明する。図１に示すように、第１のミラー１０と第２のミラー１１の間を、レーザ光が繰り返し反射することにより、基本波の周波数で共振する。その基本波レーザ光が、高調波生成モジュール２３で第３高調波に変換される。この変換された第３高調波のみが、ビームスプリッター１９により、出力可変手段Ａを介して容器Ｔの外に取り出される。
【００３１】
図２に示すように、出力可変手段Ａに内蔵された１／２波長板３０を透過したレーザ光（光軸はＬ２）は、偏光子３１に入射する。偏光子３１は、第３高調波である波長３５５ｎｍの光に対応するものである。偏光子３１は、１／２波長板３０を透過したレーザ光の光軸Ｌ２上に、水平偏光の透過強度が最大となる角度に保持されている。偏光子３１は、１／２波長板３０と協働して、光強度制御手段として機能する。１／２波長板３０を透過してきたレーザ光の偏光面の角度に応じて、偏光子３１を透過するレーザ光の強度が変化する。偏光子３１を透過することによって強度が変えられたレーザ光は、容器Ｔの出力窓から出射して被加工物に照射されて、種々の加工を行うために利用される。
【００３２】
次に、図３と図４を参照しながら、出力レーザ光の強度を調整する方法を説明する。光源からの光を水平偏光とする例を説明するが、垂直偏光でも同様である。光源からの光は、特定の角度の直線偏光であれば良い。この例では、共振器Ｒから出力されるレーザ光は水平偏光であるとする。第１の偏光である水平偏光を透過させ、第２の偏光である垂直偏光を分岐させるように、偏光子３１の回転角度を調整する。偏光子３１は、水平偏光を透過させ、垂直偏光を分岐させるように保持しておく。操作設定・表示装置７６からの指令により、コントロール回路７２とモータドライブ回路７４を介して、モータ３２を回転させる。すると、１／２波長板３０が回転して、偏光子３１に入射するレーザ光の偏光面が回転する。共振器Ｒからのレーザ光の偏光面を、１／２波長板３０で回転させて、現在出力が最大となる時、そのときの１／２波長板３０の角度θを０°とする。１／２波長板３０からの偏光を偏光子３１に通すと、水平偏光成分は透過する。垂直偏光成分は、偏光子３１で水平偏光の光軸外の方向に分岐し、図示していないダンパなどで吸収する。
【００３３】
この固体レーザ装置において、１／２波長板３０の回転角度を閘とし、共振器Ｒから出力されるレーザ光の強度を共振器出力Ｆｉｎとする。偏光子３１を透過して出力されるレーザ光の強度を、現在出力Ｆｏｕｔとする。現在出力は、
Ｆｏｕｔ＝Ｆｉｎｃｏｓ２（２閘）
となる。すなわち、この固体レーザ装置では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、出力されるレーザ光の強度である現在出力Ｆｏｕｔが、１／２波長板３０の回転角度閘に依存して変化する。
【００３４】
操作設定・表示装置７６からの指令により、コントロール回路７２とモータドライブ回路７４を介してモータ３２に駆動信号を与える。１／２波長板３０を角度閘だけ回転させると、１／２波長板３０を透過したレーザ光は、偏光面の角度が２閘の直線偏光となる。偏光子３１を透過して出力されるレーザ光の強度である現在出力Ｆｏｕｔは、１／２波長板３０の回転角度閘に対応して連続的に変化する。このようにして、偏光子３１から出射するレーザ光の強度（現在出力）を、連続的に変化させることができる。この偏光子の例としては、グランレーザプリズム、グランテーラープリズム、グラントムソンプリズム、偏光ビームスプリッターなどがある。
【００３５】
第３に、図４を参照しながら、出力レーザ光の強度を所定値に維持する方法を説明する。共振器Ｒの出力レーザ光の最大強度を最高出力Ｆｍａｘとする。共振器Ｒの出力レーザ光の強度を共振器出力Ｆｉｎとする。外部に出力されるレーザ光の強度を現在出力Ｆｏｕｔとする。最高出力Ｆｍａｘを基準とする相対値をレーザ出力相対値とする。現在出力Ｆｏｕｔが、最高出力Ｆｍａｘに対して常に所定の割合（例えば８０％）を保つように、操作設定・表示装置７６からの指令により、コントロール回路７２の論理を設定する。所定の割合は、現在出力のレーザ出力相対値が０．３〜０．９５の範囲内であれば良い。１．０に近い値にすると、すぐに制御不能になるので、実用的ではない。図４に示すように、レーザ装置の使用初期においては、共振器Ｒは最高出力であり、共振器出力のレーザ出力相対値は１である。ある時間が経過すると、レーザ媒質や励起光源の経時変化により、共振器出力のレーザ出力相対値は低下する。例えば、現在出力Ｆｏｕｔのレーザ出力相対値を０．８に設定すると、レーザ装置の使用初期においては、１／２波長板３０の回転角度は約１３．５°になる。共振器出力のレーザ出力相対値が０．９となった状態では、１／２波長板３０の回転角度は約１０°になる。レーザ使用初期において、操作設定・表示装置７６からの指令により、コントロール回路７２とモータドライブ回路７４を経由して、１／２波長板３０を回転させ、角度対パワーグラフ表示部８６にパワーのグラフを表示させる。そのときのグラフのピーク値が、最高出力Ｆｍａｘである。そのピークが表れた角度を、１／２波長板３０の回転角度の基準値の０°とする。
【００３６】
最高出力値の設定後には、ビームスプリッター５０から分岐した光を、光検出器３６で検出する。光検出器３６からの検出出力に応じて、コントロール回路７２から出力される信号により、モータ３２をパルス駆動して、１／２波長板３０を回転させる。その回転角度に応じて、共振器Ｒからのレーザ光の偏光面が回転する。共振器Ｒからのレーザ光の強度が時間とともに減少したとしても、１／２波長板３０の回転角度閘を、共振器Ｒからのレーザ光の強度減少に応じて小さくすることにより、現在出力を一定に保つことができる。
【００３７】
例えば、１／２波長板３０の回転角度閘と光検出器３６で検出した現在出力Ｆｏｕｔとから、
Ｆｉｎ＝Ｆｏｕｔ（１／ｃｏｓ２（２θ））
で、共振器出力Ｆｉｎを求める。共振器出力Ｆｉｎから、現在出力Ｆｏｕｔが、最高出力Ｆｍａｘ×０．８となる１／２波長板３０の回転角度鐔ｑｕｏｔｅ  を、
Ｆｏｕｔ＝Ｆｉｎｃｏｓ２（２鐔ｑｕｏｔｅ  ）＝Ｆｍａｘ×０．８
を解いて求める。１／２波長板３０の回転角度を鐔ｑｕｏｔｅ  にすれば、現在出力を一定に保つことができる。すなわち、コントロール回路への入力値が設定値に一致するように、１／２波長板の角度をフィードバック制御すればよい。
【００３８】
第４に、図２と図５を参照しながら、表示部について説明する。第１演算信号処理回路８０は、１／２波長板３０の回転角度閘に対する現在出力Ｆｏｕｔをグラフ表示させるための演算手段である。信号処理回路７０を介して、光検出器３６の出力とモータドライブ回路７４から出力されたパルスが供給される。図５に示すように、１／２波長板３０の回転角度閘を横軸とする現在出力が、第１表示ドライブ回路８４を介して角度対パワーグラフ表示部８６に表示される。１／２波長板３０の回転角度閘が０°のときの最高出力Ｆｍａｘが記憶回路９２に記憶される。最高出力Ｆｍａｘの時の１／２波長板３０の回転位置が、０°として記憶回路に記憶される。最高出力Ｆｍａｘの値も、記憶回路９２に記憶される。図５に示すように、その値が、第４表示ドライブ回路１００を介して表示部１０２に表示される。
【００３９】
第２演算信号処理回路８２は、共振器出力Ｆｉｎを表示させるための演算手段である。信号処理回路７０を介した光検出器３６の出力（現在出力Ｆｏｕｔ）と、モータドライブ回路７４から出力されたパルス（モータ３２の角度閘）が入力される。演算式
Ｆｉｎ＝Ｆｏｕｔ（１／ｃｏｓ２（２θ））
に従って演算処理され、共振器出力Ｆｉｎが得られる。図５に示すように、その演算結果が、第２表示ドライブ回路８８を介して共振器出力表示部９０に表示される。信号処理回路７０および第５表示ドライブ回路１０４を経由して、光検出器３６で検出した現在出力の値が供給され、図５に示すように、現在出力表示部１０６に現在出力Ｆｏｕｔが表示される。
【００４０】
記憶回路９２と第２演算信号処理回路８２の出力が、比較回路９４に供給される。共振器出力Ｆｉｎのレーザ出力相対値が、例えば０．８５となった場合には、比較回路９４から第３表示ドライブ回路９６を経由して警報表示部９８に警告を表示して、レーザ装置の補修が必要であることを、使用者に知らせる。固体レーザ装置のレーザ出力が安定に制御されている状態では、１／２波長板３０の光軸の周りの回転角度θから、共振器出力のレーザ出力相対値を知ることができる。初期のレーザ光源の最高出力（Ｆｍａｘ）から、経時変化により現在の共振器出力（Ｆｉｎ）に低下したとする。第２演算信号処理回路８２で、共振器出力（Ｆｉｎ）を、
Ｆｉｎ＝（Ｆｏｕｔ）×（１／ｃｏｓ２（２θ））
により算出する。共振器出力（Ｆｉｎ）が現在出力（Ｆｏｕｔ）に近づいて、出力を安定に制御することが困難になった時に、警報を発することができる。例えば、共振器出力のレーザ出力相対値が０．８に近づいて、出力を安定に制御することが困難になった時に警報を発する。レーザ装置の早期の補修に有効に役立たせることができる。
【００４１】
上記のように、本発明の実施の形態では、固体レーザ装置を、現在出力レーザ光のパワー検出値に従って、レーザ共振器の直後に設けた１／２波長板を回転して、レーザ共振器からのレーザ光の偏光面を回転し、偏光子で直進光と分岐光に分離して直進光のパワーを一定にするとともに、共振器出力などの装置状態を表示する構成としたので、光学部品を削減でき、レーザ出力を安定化できるとともに、装置の状態を常に把握することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、一対のミラーの間に配置されたレーザ媒質内で励起されたレーザ光を一対のミラー間で反射させて増幅する共振器を有するレーザ装置に、共振器からのレーザ光を受けて偏光面を回転させる１／２波長板と、レーザ光を直進光である第１偏光と分岐光である第２偏光とに分離して出力する偏光子と、１／２波長板と偏光子とを通過した出力レーザ光の強度を検出する光検出手段と、出力レーザ光の強度が所定値となるように光検出器の出力に基づいて１／２波長板を駆動制御するコントロール回路と、共振器からのレーザ光の最高出力を表示する最高出力表示部と、偏光子を通過した出力レーザ光の出力を表示する現在出力表示部とを具備する構成としたので、レーザ出力を安定化できると共に、レーザ装置の動作状態を容易に監視できる。
【００４３】
また、１／２波長板の回転角度と光検出器からの出力が入力される第１演算回路と、演算回路の演算出力に基づき、１／２波長板の回転角度に応じて光検出器からの出力を表示する角度対パワーグラフ表示部とを備えた構成としたので、１／２波長板の回転角度の状態を容易に確認でき、かつ最高出力の１／２波長板の回転位置を検出でき、１／２波長板や偏光子が損傷した場合、角度対パワーグラフがｃｏｓ２（２θ）にならないので、光学部品の状態も確認することができる。
【００４４】
さらに、共振器からのレーザ出力を共振器出力Ｆｉｎとし、偏光子を通過した出力レーザ光のパワーを現在出力Ｆｏｕｔとしたとき、１／２波長板の回転角度と光検出器からの出力が入力され、Ｆｉｎ＝Ｆｏｕｔ（１／ｃｏｓ２（２θ））の演算を処理する第２演算回路と、演算回路で求めた値を共振器出力として表示する共振器出力表示部とを備えた構成としたので、共振器出力を常に監視でき、レーザ装置の保守が容易になる。
【００４５】
また、現在出力Ｆｏｕｔと共振器出力Ｆｉｎとを比較する比較回路と、比較回路の出力に基づいて共振器出力Ｆｉｎが現在出力Ｆｏｕｔに対して所定の比率になったことを表示する警報表示部とを備えた構成としたので、補修のタイミングを適切に判断でき、稼動効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における固体レーザ装置の全体構成図、
【図２】本発明の実施の形態における固体レーザ装置の出力可変手段の概略図、
【図３】本発明の実施の形態における固体レーザ装置で、１／２波長板を角度θ傾けた時の水平偏光レーザ出力相対値と出力特性を示すグラフ、
【図４】本発明の実施の形態における固体レーザ装置で、レーザ出力相対値と及び１／２波長板の回転角度と時間関係を示すグラフ、
【図５】本発明の実施の形態における固体レーザ装置の設定操作・表示装置における表示部の概略図、
【図６】従来の固体レーザ装置の第１例の構成を示す概念図、
【図７】従来の固体レーザ装置の第２例の構成を示す概念図、
【図８】従来の固体レーザ装置の第３例の構成を示す概念図、
【図９】レーザ装置のビームスプリッターとＳ波とＰ波の反射率を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，１１  ミラー
１３，１４  レーザロッド
１５，１６  励起モジュール
１７，１８  ＬＤ（レーザダイオード）
１９  ビームスプリッター
２０  Ｑスイッチ
２１，２２  非線形光学結晶
２３  高調波生成モジュール
３０  １／２波長板
３１  偏光子
３２，３３  モータ
３６  光検出器
５０  ビームスプリッター
７０  信号処理回路
７２  コントロール回路
７４  モータドライブ回路
７６  操作設定・表示装置
８０  第１演算信号処理回路
８２  第２演算信号処理回路
８４  第１表示ドライブ回路
８６  角度対パワーグラフ表示部
８８  第２表示ドライブ回路
９０  共振器出力表示部
９２  記憶回路
９４  比較回路
９８  警報表示部
９６  第３表示ドライブ回路
１００  第４表示ドライブ回路
１０２  最高出力表示部
１０４  第５表示ドライブ回路
１０６  現在出力表示部
【図１】
2005026381.tif 000003
【図２】
2005026381.tif 000004
【図３】
2005026381.tif 000005
【図４】
2005026381.tif 000006
【図５】
2005026381.tif 000007
【図６】
2005026381.tif 000008
【図７】
2005026381.tif 000009
【図８】
2005026381.tif 000010
【図９】
2005026381.tif 000011