(57)【要約】【課題】  レーザダイオード用冷却水の温度、固体レーザ媒質用冷却水の温度の制御により発振効率を上げる固体レーザ装置を得る。【解決手段】  固体レーザ発振器と、レーザ出力、固体レーザ媒質用冷却水の温度、レーザダイオード用冷却水の温度、レーザダイオード通電電流を検出し、電流制御によりレーザ出力を所定の出力とする制御回路と、レーザダイオード用冷却水の温度を変化させレーザダイオード通電電流が最小となるように制御する制御回路と、その制御回路から調整完了信号が入力され、レーザ媒質用冷却水の温度を変化させレーザダイオード通電電流を最小とするように制御する制御回路を有する固体レーザ装置とする。【選択図】  図１
2007012985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードにより固体レーザ媒質を励起してレーザ発振を行う固体レーザ発振器と、
前記固体レーザ発振器からのレーザ出力を検出するレーザ出力検出手段と、
前記固体レーザ媒質を冷却水にて冷却する固体レーザ媒質冷却手段と、
前記固体レーザ媒質冷却手段の冷却水温度を検出する固体レーザ媒質用冷却水温検出手段と、
前記レーザダイオードを冷却水にて冷却するレーザダイオード冷却手段と、
前記レーザダイオード冷却手段の冷却水温度を検出するレーザダイオード用冷却水温検出手段と、
前記レーザダイオードに通電する電流を検出するレーザダイオード通電電流検出手段と、
レーザ出力指令値および水温制御信号を出力する制御装置と、
前記レーザダイオード用冷却水温検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報に基づきレーザダイオード用冷却水の温度を制御するレーザダイオード用冷却水温制御手段と、
レーザダイオード用冷却水温制御をしてから前記固体レーザ媒質用冷却水温検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報に基づき固体レーザ媒質用冷却水の温度を制御する固体レーザ媒質用冷却水温制御手段と、
前記レーザ出力検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報ならびに前記レーザ出力指令値に基づきレーザダイオード通電電流を制御する出力フィードバック制御手段と、
を備えたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
レーザダイオード用冷却水温制御手段からの情報に基づき固体レーザ媒質用冷却水温制御手段が固体レーザ媒質用冷却水の温度を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項３】
制御装置を介して、レーザダイオード用冷却水温制御手段からの情報に基づき固体レーザ媒質用冷却水温制御手段が固体レーザ媒質用冷却水の温度を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
レーザダイオードにより固体レーザ媒質を励起してレーザ発振を行う固体レーザ発振器と、
前記固体レーザ発振器からのレーザ出力を検出するレーザ出力検出手段と、
前記固体レーザ媒質を冷却水にて冷却する固体レーザ媒質冷却手段と、
前記固体レーザ媒質冷却手段の冷却水温度を検出する固体レーザ媒質用冷却水温検出手段と、
前記レーザダイオードを冷却水にて冷却するレーザダイオード冷却手段と、
前記レーザダイオード冷却手段の冷却水温度を検出するレーザダイオード用冷却水温検出手段と、
前記レーザダイオードに通電する電流を検出するレーザダイオード通電電流検出手段と、
前記レーザダイオード用冷却水温検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報に基づきレーザダイオード用冷却水の温度を制御するレーザダイオード用冷却水温制御手段と、
前記固体レーザ媒質用冷却水温検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報に基づき固体レーザ媒質用冷却水の温度を制御する固体レーザ媒質用冷却水温制御手段と、
前記レーザ出力検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報ならびにレーザ出力指令値に基づきレーザダイオード通電電流を制御する出力フィードバック制御手段と、
を備えた固体レーザ発振装置に対して制御を行う制御装置において、
前記レーザダイオード用冷却水温制御手段に前記レーザダイオード用冷却水の温度を制御させてから前記固体レーザ媒質用冷却水温制御手段に前記固体レーザ媒質用冷却水の温度を制御させると共に前記固体レーザ発振装置の出力フィードバック制御手段にレーザ出力指令値を指示する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項５】
レーザダイオードにより固体レーザ媒質を励起してレーザ発振を行ない、固体レーザ媒質用冷却水温、レーザダイオード用冷却水温およびレーザダイオード通電電流を制御することによりレーザ出力を制御する固体レーザ装置の制御方法において、
レーザ出力を所定の出力とする制御およびレーザダイオードへの通電電流が小さくなるようにレーザダイオード用冷却水温制御を行う工程と、
前記工程を受け、レーザ出力を所定の出力とする制御およびレーザダイオードへの通電電流が小さくなるように固体レーザ媒質用冷却水温制御を行う工程と、
を備えたことを特徴とする固体レーザ装置の制御方法。
【請求項６】
レーザダイオード用冷却水温制御は温度増減幅を徐々に小さくしていくことを特徴とする請求項３記載の固体レーザ装置の制御方法。
【請求項７】
レーザダイオード用冷却水温変化後のレーザダイオード通電電流値がレーザダイオード用冷却水温変化前のレーザダイオード通電電流値より増加したときにレーザダイオード用冷却水温制御における温度増減幅を小さくすることを特徴とする請求項４に記載の固体レーザ装置の制御方法。
【請求項８】
固体レーザ媒質用冷却水温制御は温度増減幅を徐々に小さくしていくことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の固体レーザ装置の制御方法。
【請求項９】
固体レーザ媒質用冷却水温変化後のレーザダイオード通電電流値が固体レーザ媒質用冷却水温変化前のレーザダイオード通電電流値より増加したときに固体レーザ媒質用冷却水温制御における温度増減幅を小さくすることを特徴とする請求項６に記載の固体レーザ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザダイオードによって励起される固体レーザ発振器の消費電力を低減するための手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３はレーザ発振器の構成を示している。レーザダイオード１に直流の電流を流すことにより発光させ、レーザ媒質２を励起し、全反射ミラー３と部分反射ミラー４間で共振を起すことによって、レーザ光が得られる。このようにして得られたレーザ光を、拡大レンズ５、平行化レンズ６を用いて拡大、平行化し、光ファイバ入射レンズ７により光ファイバ８の端面に集光する。この集光されたレーザ光は、光ファイバ８内部を通過し、加工ヘッド９を通して、所定の位置に、レーザ光が導光される。
【０００３】
また、レーザ出力の調整は、部分反射ミラー１４により、レーザ光の一部をレーザ出力検出手段１３に入射してレーザ出力を検出し、所望のレーザ出力となるようにレーザダイオード１の電流値をフィードバックする制御が一般的に行なわれている。
【０００４】
また、レーザダイオード１やレーザ媒質２は冷却を行う必要がある。数十ｍＷ程度の出力の小さいレーザ発振器においては、空冷やペルチェ素子での冷却で十分である（例えば、特許文献１参照）。しかし出力が大きくなると、レーザダイオードにヒートシンクを設け、そのヒートシンク内に冷却水を通水したり、レーザ媒質の周囲に冷却水を通水したりすることにより冷却を行わなければならない。たとえば、特許文献２では、ＬＤアレイ素子およびＹＡＧ結晶が独立に温度制御する手段が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２００１８３号公報
【特許文献２】特開平１１−３４０５４９号公報
【０００６】
レーザダイオードの発振波長域は、幅は非常に狭いが、中心値は、レーザダイオードの温度が高くなると長波長になるという特徴がある。このため、レーザダイオードへの通電電流（投入電力）が多くなると、発振波長の中心値が長波長に変化する。
【０００７】
大出力のレーザ発振器には、複数個（数百個以上）のレーザダイオードが使用されており、個々のレーザダイオードは、温度が同じ（実際には通電電流が同じ）であっても、中心波長はばらついている。このため、固体レーザ媒質を励起する波長帯は、レーザダイオードの温度が同じ（実際には通電電流や冷却水温が同じ）でも図５（ａ）のようにばらつくこととなる。また、レーザダイオードの温度（実際には通電電流や冷却水温）を変化させると、図５（ｂ）のようにこのばらつきを保ったまま温度が高くなると長波長側に、低くなると低波長側に移動する。このため、固体レーザ媒質で、例えばＹＡＧ結晶の吸収帯の中心値は８０８ｎｍであるので図５（ｃ）のように、励起するレーザダイオードの中心波長が８０８ｎｍとなるように温度を制御したときに吸収効率が最もよくなる。吸収効率が高いほど、励起効率（ここでは、レーザダイオードの出力に対しての発振器から得られるレーザ光の出力の割合を表す）も高くなるのは当然である。
【０００８】
しかし、レーザダイオードの中心波長を吸収帯の中心値にあわせることのみでは、励起効率を最大にすることはできない。それは、固体レーザ媒質をもちいると、熱レンズ効果が発生するためである。次にその説明を記載する。
【０００９】
固体のレーザ媒質は、レーザダイオードにより励起されると、熱レンズ効果が発生する。これは、固体レーザ媒質があたかも曲率をもつレンズのような動作をすることであり、図４に示すように、熱レンズの強弱により、固体レーザ媒質内でのレーザ光の広がりが変化する。図４の（ａ）は、熱レンズが強い状態、（ｂ）は、中くらいの状態、（ｃ）は弱い状態を表す。強すぎる場合や弱すぎる場合は、レーザ媒質内のレーザ光の透過部分が少なくなるため、レーザ光の増幅の効率が落ちる。つまり、増幅の効率が最適となる熱レンズが存在する。
【００１０】
この熱レンズの強さは、次のように決まる。レーザダイオードの励起光のうち、レーザの増幅に使用されない励起光が熱となり、固体のレーザ媒質内の温度を上昇させる。すると固体レーザ媒質の外部を冷却する冷却水との間に温度差が発生し、固体レーザ媒質の中心と冷却水と接している部分に、屈折率の差ができ、熱レンズが発生する。この温度差が大きいほど、熱レンズが強くなる。ここで、レーザの増幅に使用される励起光は、固体レーザ媒質の吸収帯の波長に一致したもののみであり、言い換えれば、一致していない波長は、全て無駄な熱となり、熱レンズ発生の原因となるということである。
【００１１】
つまり、冷却水温が同じであれば、固体レーザ媒質の吸収帯の波長から外れた波長の励起光が多いと熱レンズが強くなり、少ないと熱レンズが弱くなるということである。逆に、固体レーザ媒質の吸収帯の波長から外れた波長の励起光が同じであれば、冷却水温が低いと、熱レンズが強くなり、高いと熱レンズが弱くなる。すなわち、熱レンズは、冷却水温を制御することにより、強くしたり弱くしたりすることができる。
【００１２】
例えば、図４（ｄ）は、冷却水の温度が一定の時、レーザダイオードの中心波長の変化による励起効率の変化の例を表している。この図でもわかるように、レーザダイオードの中心波長が、長すぎても、短すぎても固体レーザ媒質に吸収されない励起光が多くなり、励起光率が悪くなると同時に、熱レンズが最適値からずれることによる励起効率の低下も同時に発生することになる。
【００１３】
このように、レーザダイオードの波長が変化すると固体レーザ媒質への吸収率の低下と同時に、熱レンズ変化による励起効率の低下が発生するということである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
発振の効率を上げることは、当然、レーザダイオードへの通電電流を小さくすることができるため、固体レーザ発振器の消費電力を押えることができる。このため、特許文献３では、レーザダイオードおよび共振器長およびエタロンの温度を制御し、効率をよくする方法が開示されている。しかし、特許文献３では、レーザダイオードおよび共振器長およびエタロンの温度を独立で制御することについて述べられているが、制御手順等については、不明である。これは、比較的小出力の発振器（数十ｍＷ）の場合には、レーザダイオードの温度変化による影響（発振波長の変化）が、他の共振器長およびエタロンに影響を及ぼさないため、制御を独立で行うことが、可能なためである。
【００１５】
【特許文献３】特開２００３−１５８３１６号公報
【００１６】
高出力のレーザの場合も、固体レーザ媒質の温度を制御することにより、前述の熱レンズを最適化し、発振効率をあげることは可能である。また、レーザダイオードの温度を制御することにより、発振波長を最適化し、発振効率をあげることも可能である。しかし、高出力のレーザ発振器（数ｋＷ）では、前述のように、レーザダイオードの波長が変化すると、固体レーザ媒質の吸収帯以外の波長成分は、固体レーザ媒質の発熱となり、熱レンズの発生要因となるため、レーザダイオードの波長が変化すると、熱レンズの量も変化し、レーザダイオードの波長の変化による励起効率の変化と共に、熱レンズによる励起効率の変化も発生する。
【００１７】
つまり、発振器稼動初期に、レーザダイオードの波長が最適値とずれている状態で、固体レーザ媒質の冷却水温度の調整により熱レンズを最適化した場合、その後、レーザダイオードの冷却水温度を変化させレーザダイオードの波長を最適値化したとしても、同時に熱レンズも変化し最適な状態では無くなるため、発振器全体としては最適値とならない場合があるということである。
【００１８】
すなわち、レーザダイオードの温度、固体レーザ媒質の温度を独立に制御するだけでは、最適な、発振効率の点を見つけ出すことができない可能性がある
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明に係る固体レーザ装置は、レーザダイオードにより固体レーザ媒質を励起してレーザ発振を行う固体レーザ発振器と、前記固体レーザ発振器からのレーザ出力を検出するレーザ出力検出手段と、前記固体レーザ媒質を冷却水にて冷却する固体レーザ媒質冷却手段と、前記冷却手段の冷却水温度を検出する固体レーザ媒質用冷却水温検出手段と、前記レーザダイオードを冷却水にて冷却するレーザダイオード冷却手段と、前記冷却手段の冷却水温度を検出するレーザダイオード用冷却水温検出手段と、前記レーザダイオードに通電する電流を検出するレーザダイオード通電電流検出手段と、レーザ出力指令値および水温制御信号を出力する制御装置と、前記レーザ出力検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報ならびに前記レーザ出力指令値に基づきレーザダイオード通電電流を制御する出力フィードバック制御手段と、前記レーザダイオード用冷却水温検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報に基づきレーザダイオード用冷却水の温度を制御するレーザダイオード用冷却水温制御手段と、レーザダイオード用冷却水温制御後に前記固体レーザ媒質用冷却水温検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報に基づき固体レーザ媒質用冷却水の温度を制御する固体レーザ媒質用冷却水温制御手段から構成されたものである。
【００２０】
さらに、レーザダイオード用冷却水温制御手段からの情報に基づき固体レーザ媒質用冷却水温制御手段が固体レーザ媒質用冷却水の温度を制御するものである。
【００２１】
さらに、制御装置を介して、レーザダイオード用冷却水温制御手段からの情報に基づき固体レーザ媒質用冷却水温制御手段が固体レーザ媒質用冷却水の温度を制御するものである。
【００２２】
この発明に係るレーザダイオードにより固体レーザ媒質を励起してレーザ発振を行う固体レーザ発振器と、前記固体レーザ発振器からのレーザ出力を検出するレーザ出力検出手段と、前記固体レーザ媒質を冷却水にて冷却する固体レーザ媒質冷却手段と、前記冷却手段の冷却水温度を検出する固体レーザ媒質用冷却水温検出手段と、前記レーザダイオードを冷却水にて冷却するレーザダイオード冷却手段と、前記冷却手段の冷却水温度を検出するレーザダイオード用冷却水温検出手段と、前記レーザダイオードに通電する電流を検出するレーザダイオード通電電流検出手段と、前記レーザ出力検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報ならびにレーザ出力指令値に基づきレーザダイオード通電電流を制御する出力フィードバック制御手段と、前記レーザダイオード用冷却水温検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報に基づきレーザダイオード用冷却水の温度を制御するレーザダイオード用冷却水温制御手段と、前記固体レーザ媒質用冷却水温検出手段および前記レーザダイオード通電電流検出手段からの情報に基づき固体レーザ媒質用冷却水の温度を制御する固体レーザ媒質用冷却水温制御手段と、を備えた固体レーザ発振装置に対して制御を行う制御装置においては、前記レーザダイオード用冷却水温制御手段に前記レーザダイオード用冷却水の温度を制御させてから前記固体レーザ媒質用冷却水温制御手段に前記固体レーザ媒質用冷却水の温度を制御させると共に前記固体レーザ発振装置の出力フィードバック制御手段にレーザ出力指令値を指示するものである。
【００２３】
この発明に係るレーザダイオードにより固体レーザ媒質を励起してレーザ発振を行ない、固体レーザ媒質用冷却水温、レーザダイオード用冷却水温およびレーザダイオード通電電流を制御することによりレーザ出力を制御する固体レーザ発振器の制御方法においては、レーザ出力を所定の出力とする制御およびレーザダイオードへの通電電流が小さくなるようにレーザダイオード用冷却水温制御を行う工程と、前記工程を受け、レーザ出力を所定の出力とする制御およびレーザダイオードへの通電電流が小さくなるように固体レーザ媒質用冷却水温制御を行う工程を備えたものである。
【００２４】
さらに、レーザダイオード用冷却水温制御での温度増減幅を徐々に小さくしていくものである。
【００２５】
さらに、レーザダイオード用冷却水温変化後のレーザダイオード通電電流値がレーザダイオード用冷却水温変化前のレーザダイオード通電電流値より増加したときにレーザダイオード用冷却水温制御における温度増減幅を小さくするものである。
【００２６】
さらに、固体レーザ媒質用冷却水温制御での温度増減幅を徐々に小さくしていくものである。
【００２７】
さらに、固体レーザ媒質用冷却水温変化前のレーザダイオード通電電流値が固体レーザ媒質用冷却水温変化前のレーザダイオード通電電流値より増加したときに固体レーザ媒質用冷却水温制御における温度増減幅を小さくするものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、レーザダイオードの波長変化による、固体レーザ媒体の熱レンズの効果を考慮した制御が可能となり、最適な発振効率の点を見つけ出し、固体レーザ発振器の消費電力を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ発振器の概略構成図である。レーザ出力を検出するレーザ出力検出手段と、固体レーザ媒質用冷却水の温度を検出する固体レーザ媒質用冷却水温検出手段２０と、レーザダイオード用冷却水の温度を検出するレーザダイオード用冷却水温検出手段２１と、レーザダイオード通電電流を検出するレーザダイオード通電電流検出手段２２と、レーザ出力指令値および水温制御信号を出力する制御装置２６と、前記レーザ出力検出手段と前記レーザダイオード通電電流検出手段２２からの情報およびレーザ出力指令値に基づき、レーザ出力を出力指令値に保つようにレーザダイオード通電電流を制御する出力フィードバック制御手段２３と、前記レーザダイオード冷却水温検出手段２１と前記レーザダイオード通電電流検出手段２２からの情報に基づき、レーザダイオード通電電流が最小となるようにレーザダイオード用冷却水の温度を制御するレーザダイオード水温制御手段２４と、レーザダイオード用冷却水温制御手段から出力される調整完了信号が入力され、前記固体レーザ媒質用冷却水温検出手段２０と前記レーザダイオード通電電流検出手段２２からの情報に基づき、レーザダイオード通電電流を最小となるようにレーザ媒質用冷却水の温度を制御する固体レーザ媒質用冷却水温制御手段２５と、を備えた構成となっている。
【００３０】
また、レーザダイオードの冷却水と固体レーザ媒質の冷却水をそれぞれ独立に温度制御する手段は、特許文献２に示されているので、ここでは、詳細な説明を省略する。
【００３１】
次に、動作について説明する。まず、所望のレーザ出力指令が制御装置２６より出力フィードバック制御手段２３に入力される。これに基づき、出力フィードバック制御がおこなわれ、常時レーザダイオード通電電流が制御される。この所望のレーザ出力を得る制御は、一般的なレーザ発振器と同様に本発明の特徴とする制御とは、無関係に行ってよい。
【００３２】
本発明の特徴とする動作について、図６のフローチャートを参照し、以下に説明をする。
【００３３】
まず、制御装置２６より、水温制御開始信号がレーザダイオード用冷却水温制御手段２４へ送られる。そして、レーザダイオード用冷却水温制御手段２４は、その信号を受け取り、下記のような制御を行う。
Ｓ１．現在のレーザダイオード冷却水の水温とレーザダイオード通電電流を確認し、記憶する。
Ｓ２．レーザダイオード用冷却水の水温を１℃あげる。
Ｓ３．水温が１℃上がった後、レーザダイオード通電電流を確認し、記憶する。
Ｓ４．水温を上げる前のレーザダイオード通電電流と上げた後のレーザダイオード通電電流を比較する。
Ｓ５．レーザダイオード通電電流が下がっていれば、Ｓ２に戻りさらに水温を１℃あげることを繰り返す。逆に上がっていれば、Ｓ６にすすむ。
Ｓ６．現在のレーザダイオード用冷却水の水温とレーザダイオード通電電流を確認し、記憶する。
Ｓ７．レーザダイオード用冷却水の水温変化量を０．５℃（１℃の１／２）とする。
Ｓ８．レーザダイオード用冷却水の水温を０．５℃下げる。
Ｓ９．水温が０．５℃下がった後、レーザダイオード通電電流を確認し、記憶する。
Ｓ１０．水温を下げる前のレーザダイオード通電電流と下げた後のレーザダイオード通電電流を比較する。
Ｓ１１．レーザダイオード通電電流が下がっていれば、Ｓ６に戻りさらに水温を０．５℃下げることを繰り返す。逆に上がっていれば、Ｓ１２にすすむ。
Ｓ１２．温度を変化させる幅がある所定の値（変化終了値）以下になっている場合は固体レーザ媒質用冷却水温制御手段２５に調整完了信号を送る。変化終了値以下でない場合は、温度を変化させる幅を０．２５℃（０．５℃の１／２）にし、Ｓ１に戻って水温をあげる処理を行う。
【００３４】
このような、制御をすることにより、レーザダイオードの通電電流が最も小さくなるようにレーザダイオードの温度が調整される。なお、水温初期変化量を１℃、変化終了値を０．２５℃としたが、これは一例であり、最適値により近づけたければ、変化終了値を小さくしたり、調整時間を短くしたければ、変化終了値を大きくしたり等、発振器に求められる仕様により変化させればよい。
【００３５】
次に、レーザダイオード用冷却水温制御手段から調整完了信号を受けた固体レーザ媒質用冷却水温制御手段は、レーザダイオード用冷却水温制御手段と同様の制御手順（冷却水温の制御対象が固体レーザ媒質に変化しているため、図６のフローチャート中レーザダイオード用冷却水温を固体レーザ媒質用冷却水温と読み替える）にて、水温を調整し、調整完了信号を制御装置に送る。ここで調整完了信号とは、水温制御が完全に終了したときに出力する信号と限定するわけでなく、水温制御が終了する見込みとなった場合に出力する信号も含む。
【００３６】
図２に示すように、レーザダイオード用冷却水温制御手段が出力する調整完了信号はいったん制御装置へ出力され、その後、制御装置から固体レーザ媒質用冷却水温制御手段へ冷却水温制御信号を出力するという構成にしてもよい。
【００３７】
このように構成することにより、レーザダイオードの通電電流が最も小さくなるようにレーザダイオードおよび固体レーザ媒質を冷却する冷却水の温度が調整される。
【００３８】
本発明の特徴は、レーザダイオード用冷却水の温度調整後に、固体レーザ媒質用冷却水の温度調整を行っていることにある。この理由について記載する。
【００３９】
前述のように、レーザダイオードの発振波長は、レーザダイオードの温度により変化する。また、固体レーザ媒質の吸収帯の波長は、決まっており、吸収帯以外の波長成分は、固体レーザ媒質の熱となり、熱レンズを変化させる。
【００４０】
一般的には、図７に示すように、温度に対する励起効率の変化は、レーザダイオードの冷却水の温度変化による影響の方が、レーザ媒質の冷却水温度変化に比べ非常に大きい。これは、図４（ｂ）に示したように、固体レーザ媒質の吸収帯幅が非常に小さく（±２ｎｍ程度）、波長が変化すると励起効率の低下が著しいためである。レーザダイオードの中心波長は水温が１℃異なると、０．３ｎｍほど変化するため、±６℃の変化で、発振効率がほぼ０になってしまう。これは、図３（ｄ）において吸収が低下することによる励起効率の低下分にあたる。さらに、固体レーザ媒質の吸収が低下することにより温度が変化し、熱レンズが変化する。よって、図３（ｄ）で示した、熱レンズによる励起効率の低下も加わってしまう。これらの現象は、物理的特性のため、温度に対する影響を小さくすることは、非常に困難である。
【００４１】
一方、レーザ媒質の冷却水温度変化の場合、レーザダイオードの波長は変化せず、レーザ媒質の吸収帯の波長も変化しないことから、基本的には熱レンズの影響のみ発生する。すなわち、図３（ｄ）における熱レンズが変化することによる励起効率の低下分のみが影響として発生するので、励起効率への影響は、レーザダイオードの冷却水温度の変化に比べ非常に小さい。また、固体レーザ媒質の熱レンズは、発振器の構成により、発振効率への影響を制御することが可能である。例えば、レーザ媒質の径を細くすると、レーザ媒質中心部と外周部の温度差が小さくなり（熱が伝わりやすいため）熱レンズの影響を小さくすることができる。ただし、レーザ媒質が細いため、同じレーザ出力を得るには、単位体積当りのレーザ出力の密度を上げなければならないため、レーザ媒質の破損等の信頼性が低下するという問題がある。
【００４２】
上記のようなレーザダイオードおよび励起媒質の温度に対する特性の違いを、本発明では利用している。
【００４３】
レーザダイオードの温度が変化することによる励起効率の変化が大きいということは、初期の状態と最適な効率のときとのレーザダイオードへの通電電流の変化量が大きいことを意味する。一方、固体レーザ媒質の温度変化による励起効率の変化が小さいということは、初期の状態と最適な効率のときとのレーザダイオードへの通電電流の変化量が小さいことを意味する。
【００４４】
例えば、レーザダイオードの入力電流が３０Ａのときに出力が１００Ｗであり、レーザダイオードの出力が１００Ｗのときにレーザ出力が１０Ｗであり、レーザ出力を一定に保ったまま冷却水の温度を最適化する場合を考える。固体レーザ媒質の温度を最適化した場合、励起効率の変化は小さく、例えば１０％から１２．５％に変化した場合、レーザダイオードの出力（通電電流）は、１００Ｗ（３０Ａ）から８０Ｗ（２６Ａ）へと低下させることができる。通電電流で４Ａの低下である。一方、レーザダイオードの温度を最適化する場合、励起効率の変化が大きく、例えば１０％から２０％と変化した場合、レーザダイオードの出力（通電電流）は、１００Ｗ（３０Ａ）から５０Ｗ（２０Ａ）へと大幅に低下する。通電電流で１０Ａも変化する。
【００４５】
ここで、レーザダイオードの温度は、通電電流によっても変化する。このため、前述のように、レーザダイオード用冷却水温を最適化したときの通電電流の変化は、固体レーザ媒質用冷却水温を最適化したときの通電電流の変化と比べ、大きくなるため、レーザダイオードの温度変化も大きくなり、レーザ発振の中心波長の変化量も大きくなることを意味する。
【００４６】
本発明では、レーザダイオードの温度変化が大きいレーザダイオード用冷却水温を制御するときは、レーザダイオードの通電電流による温度変化も含め、最適化することとなるため、レーザダイオードへの通電電流の変化による発振効率への影響は、なくすことができる。その後に行う固体レーザ媒質用冷却水温の制御は、レーザダイオードの通電電流の変化は小さいため、最適な発振波長からのずれは、比較的小さくすることができる。
【００４７】
逆に、固体レーザ媒質用冷却水温の調整後、レーザダイオード用冷却水温を調整した場合、固体レーザ媒質用冷却水温の調整時はレーザダイオードの通電電流の変化が小さい。つまり、レーザダイオードの温度変化が小さいため、発振の波長の変化が小さく、固体レーザ媒質へのレーザ光の吸収効率の変化は小さい。その後にレーザダイオード用冷却水温の調整時は、レーザダイオードの通電電流の変化は大きくなり、発振の波長が大きく変化する。これは、固体レーザ媒質への吸収の効率の変化が大きくなることを意味しており、最初に行った固体レーザ媒質用冷却水温調整時の最適点からのずれが大きくなる。本願発明の手順と同等の発振効率を得るには、再度、固体レーザ媒質用冷却水温調整を行う必要がある。
【００４８】
このように、本発明の制御順序で、レーザダイオードおよび、固体レーザ媒質の冷却水の温度制御を行うことにより、最適点からのずれが小さい状態で、レーザダイオードへの通電電流を小さくし、固体レーザ発振器の消費電力を小さくすることができる。通電電流が小さくなることでレーザダイオードの寿命が延びる。また、発熱量が減ることになるので、放熱用の空間の減少やフィンの小型化が可能となる。
【００４９】
この通電電流を小さくすることにより出力されたレーザは溶接加工や切断加工等に用いられる。溶接加工の例としては、自動車用部品の溶接加工がある。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施の形態１におけるレーザ発振器の概略構成図である。
【図２】実施の形態１において調整完了信号の流れを変えたレーザ発振器の概略構成図である。
【図３】従来のレーザ発振器の構成図である。
【図４】熱レンズ効果の説明の図である。
【図５】温度変化と中心波長変化の関係を示す図である。
【図６】水温制御のフローチャートである。
【図７】レーザダイオード、固体レーザ媒質の温度と励起効率の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  レーザダイオード
２  レーザ媒質
３  全反射ミラー
４  部分反射ミラー
５  拡大レンズ
６  平行化レンズ
７  光ファイバ入射レンズ
８  光ファイバ
９  加工ヘッド
１０  反射ミラー
１３  レーザ出力検出手段
１４  部分反射ミラー
２０  固体レーザ媒質用冷却水温検出手段
２１  レーザダイオード用冷却水温検出手段
２２  レーザダイオード通電電流検出手段
２３  出力フィードバック制御手段
２４  レーザダイオード用冷却水温制御手段
２５  固体レーザ媒質用冷却水温制御手段
２６  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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