(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生させる細長状固体増幅媒質と、
固体増幅媒質に対して励起光を発光する発光装置と、
固体増幅媒質の軸線方向に沿って固体増幅媒質を挾むように設けられた全反射ミラーおよび出力ミラーと、
全反射ミラーと出力ミラーとの間のレーザ光の光路中に配置されたＱスイッチ素子と、
Ｑスイッチ素子に高周波電力をパルス状に印加してパルス状のレーザ光を生じさせるＱスイッチドライバと、
Ｑスイッチドライバに接続され、Ｑスイッチドライバによりパルス状に印加される高周波電力を制御する制御装置と、を備え、
制御装置はパルス状に印加される高周波電力が各レーザ光の発振時に対応するカット部分と、カット部分間における立ち上がり部を含む投入部分とを有し、Ｑスイッチ素子のＯＮ・ＯＦＦ動作の周波数が大きくなるにつれて徐々に必要な高周波電力が低下する関係に基づいてＱスイッチドライバを制御することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２】
Ｑスイッチは全反射ミラーと固体増幅媒質との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ発振器。
【請求項３】
制御装置は高周波電力の立ち上がり部の形状を可変とすることができる請求項１または２記載のレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光を発振させるレーザ発振器に係り、とりわけＱスイッチ素子によって尖頭出力の高いパルス状のレーザ光を発振させることができるレーザ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザ発振器として、レーザ光を発生させる細長状固体増幅媒質と、固体増幅媒質の側方または端面と対向して配置され、固体増幅媒質に対して励起光を発光する発光装置とを備えたものが知られている。
【０００３】
このようなレーザ発振器において、発光装置からの発光励起光が固体増幅媒質に対して入射すると、この励起光の作用を受けて固体増幅媒質よりレーザ光が誘導放出される。レーザ光はその後、出力ミラーと全反射ミラー間で多重反射して増幅された後、出力ミラーから外方へ放出される。
【０００４】
ところでレーザ発振器の光路中に石英ガラス等からなるＱスイッチ素子を配置し、Ｑスイッチ素子を高周波電力によって周期的にＯＮ・ＯＦＦしてレーザ光の発振を抑制したり急速に立ち上がらせることにより、尖頭出力の高いパルス状のレーザ光を形成するレーザ発振器が開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来からレーザ光の光路中にＱスイッチ素子を配置してパルス状のレーザ光を形成するレーザ発振器が開発されているが、Ｑスイッチ素子を高い周期でＯＮ・ＯＦＦすると、石英ガラスに歪みが残留するためにＱ値が十分に上がらず、発振効率が低下するため、ピークパワーも低くなる。そして、このように励起が十分に行なわれていない状態では発振を抑制するのに必要とされる高周波電力は小さくても十分であるが、この点は全く考慮されることなく高い周期でＯＮ・ＯＦＦする場合でも高い高周波電力をそのまま用いることがある。
【０００６】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、パルス状レーザ光の周期に合わせて適切にＱスイッチ素子を作動させることができるレーザ発振器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光を発生させる細長状固体増幅媒質と、固体増幅媒質に対して励起光を発光する発光装置と、固体増幅媒質の軸線方向に沿って固体増幅媒質を挾むように設けられた全反射ミラーおよび出力ミラーと、全反射ミラーと出力ミラーとの間のレーザ光の光路中に配置されたＱスイッチ素子と、Ｑスイッチ素子に高周波電力をパルス状に印加してパルス状のレーザ光を生じさせるＱスイッチドライバと、Ｑスイッチドライバに接続され、Ｑスイッチドライバによりパルス状に印加される高周波電力を制御する制御装置と、を備え、制御装置はパルス状に印加される高周波電力が各レーザ光の発振時に対応するカット部分と、カット部分間における立ち上がり部を含む投入部分とを有し、Ｑスイッチ素子のＯＮ・ＯＦＦ動作の周波数が大きくなるにつれて徐々に必要な高周波電力が低下する関係に基づいてＱスイッチドライバを制御することを特徴とするレーザ発振器である。
【０００８】
本発明によれば、発光装置から固体増幅媒質に対して励起光を発光させると、この励起光の作用を受けて固体増幅媒質よりレーザ光が誘導放出される。ここで、制御装置によってＱスイッチドライバーよりＱスイッチ素子へ高周波電力をパルス状に印加すると、Ｑスイッチ素子が周期的にＯＮ・ＯＦＦ動作し、レーザ光の発振を抑制したり急速に立ち上がらせることにより、出光ミラーからはパルス状のレーザ光が放出される。この場合、高周波電力は時間とともに徐々に大きくなるよう制御されるので、Ｑスイッチ素子のＯＮ・ＯＦＦ動作が高周波数で行なわれる場合は、高周波電力のカット時に高周波電力の値を低く抑えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１乃至図３は、本発明によるレーザ発振器の一実施の形態を示す図である。まず図２によりレーザ発振器の概略について説明する。
【００１１】
図２に示すように、レーザ発振器１０は、レーザ光を発生させる例えばＹＡＧロッドからなる細長状固体増幅媒質１１と、固体増幅媒質１１の側方に配置され、固体増幅媒質１１に対して励起光を発光するランプ等の発光装置１２とを備えている。
【００１２】
また固体増幅媒質１１の軸線方向Ｌ（レーザ光の光路）に沿って、固体増幅媒質１１を挾むように全反射ミラー１４と出力ミラー１３とが配置されている。さらに固体増幅媒質１１と全反射ミラー１４との間の光路Ｌ中に、音響光学Ｑスイッチ素子（以下、Ｑスイッチ素子）１５が配置されている。
【００１３】
このＱスイッチ素子１５は石英ガラス等からなり、超音波とレーザ光の相互作用による回折損失を利用してＯＮ・ＯＦＦ動作するようになっている。このＱスイッチ素子１５にはＱスイッチ素子１５に対してパルス状に高周波電力を印加するＱスイッチドライバ１６が接続されており、このＱスイッチドライバ１６は制御装置１７によって、高周波電力が時間とともに徐々に大きくなるよう制御されるとともに、その立ち上がりカーブを自由に設定できるようにされる。
【００１４】
なおＱスイッチ素子１５は固体増幅媒質１０と全反射ミラー１４との間に配置する必要はなく、固体増幅媒質１０と出力ミラー１３との間に配置してもよい。
【００１５】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
図２において、発光装置１２から励起光が固体増幅媒質１１に対して発光され、この励起光の作用を受けて固体増幅媒質１１よりレーザ光が誘導放出される。ここで、Ｑスイッチドライバ１６から高周波電力がＱスイッチ素子１５に印加されると、Ｑスイッチ素子媒体中に周期的な屈曲率の変動を生じて回析格子が形成され、ブラッグの条件と一般に呼ばれる条件を満たす角度で入射したレーザ光は、回析による散乱損失を受けるためにレーザの発振が抑制され、固体増幅媒質１１内にエネルギーが蓄積される。この状態で高周波電力を急速にＯＦＦすることにより、レーザ発振が急速に立ち上がって出力ミラーからレーザ光が放出される。
【００１６】
そこでこの場合、制御装置１７がＱスイッチドライバ１６を制御し、Ｑスイッチドライバ１６から高周波電力がパルス状にＱスイッチ素子１５に印加される。この場合、このパルス状の高周波電力を調整することにより、Ｑスイッチ１５がＯＮ・ＯＦＦ動作して、出力ミラーからパルス状のレーザ光が放出される。
【００１７】
次に図１（ａ）（ｂ）により高周波電力の調整内容について説明する。図１（ａ）（ｂ）に示すように、Ｑスイッチドライバ１６からＱスイッチ素子１５に印加される高周波電力は、時間とともに０から徐々に直線的に大きくなるよう調整される。図１（ａ）（ｂ）において、縦軸は高周波電力（ＲＦＰ）を示し、横軸は時間（ｔ）を示す。
【００１８】
具体的には図１（ａ）（ｂ）に示すように、まず、最初にＲＦＰが瞬間的にカットされ、カットの待機時間を１０マイクロ秒とする。次にＲＦＰが時間とともに徐々に大きくなるよう直線的に上昇し、立ち上がり時間を３０マイクロ秒とする。
【００１９】
ここでＱスイッチ素子１５を１ＫＨｚでＯＮ・ＯＦＦ動作させる場合は（図１（ａ））、高周波電力がカットされている時間が１０マイクロ秒、ＲＦＰが投入されている時間が９９０マイクロ秒となる。すなわち、ＲＦＰの立ち上がり時間を遅くしても、Ｑスイッチ素子１５のパルス間でＲＦＰは１００％の電力となるよう十分に立ち上がる。
【００２０】
このように、Ｑスイッチ素子１５に印加される高周波電力（ＲＦＰ）を制御した場合、Ｑスイッチ素子１５はＲＦＰに対応してＯＮ・ＯＦＦ動作を行なう。このとき図３に示すように、固体増幅媒質１１内においてレーザ光励起が連続して行なわれている場合、Ｑスイッチ素子１５はＯＮ動作時にレーザ光の発振を抑制し、固体増幅媒質１１内にエネルギを蓄える。次にＱスイッチ素子１５がＯＦＦ動作を行なうと、固体増幅媒質１１内のエネルギが急激に放出され、固体増幅媒質から出たレーザ光はパルス状のレーザ光となって、出力ミラー１３から放出される。
【００２１】
次にＱスイッチ素子１５を５０ｋＨｚでＯＮ・ＯＦＦ動作させる場合は（図１（ｂ））、１０マイクロ秒のカット時間の後に１０マイクロ秒のＲＦＰ投入時間を設け、その後再びＲＦＰをカットする。
【００２２】
Ｑスイッチ素子１５を高い繰り返しによりＯＮ・ＯＦＦする場合、すなわちＱスイッチ素子１５の動作を固体増幅媒質１１の励起寿命より短い周期といった高い周波数でＯＮ・ＯＦＦ動作した場合、固体増幅媒質１１内におけるレーザ光の励起が十分大きくならない。このため、例えば３３％程度のＲＦＰが印加されるだけで、Ｑスイッチ素子１５はレーザ光の発振を十分制御することができる。
【００２３】
ここでＱスイッチ素子１５のＯＮ・ＯＦＦ動作の周波数と、このときレーザ光の発振を抑制するのに必要なＲＦＰとの関係を図４に示す。図４に示すように、周波数１ｋＨｚの場合にレーザ光の発振を抑制するのに必要とされるＲＦＰを１００％とすると、周波数が大きくなるにつれて必要ＲＦＰの大きさは徐々に小さくなる。例えば図４に示すように、周波数が１ｋＨｚのとき必要ＲＦＰは１００％であり、周波数が１０ｋＨｚのとき必要ＲＦＰは６０％であり、周波数が２０ｋＨｚのとき必要ＲＦＰは４０％となる。また周波数が５０ｋＨｚのとき必要ＲＦＰは上述のように３３％となる。
【００２４】
上述のように周波数が５０ｋＨｚのとき、レーザ光の発振を抑制するのに必要とされるＲＦＰは約３３％となる。一方、ＲＦＰの立ち上がり時間は前述したように３０マイクロ秒に設定されているので、５０ｋＨｚによってＱスイッチ素子１５をＯＮ・ＯＦＦ動作させると、ＲＦＰが丁度３３％まで立ち上がった時点で、次のＲＦＰカットのタイミングがくることになる。従ってＲＦＰはその後３３％以上に上昇することはない。このＲＦＰ３３％の値は、レーザ光の発振を抑制するのに十分な値となっているので、レーザ光の発振を確実に抑えることができるとともに、不必要なＲＦＰの印加を防ぐことができる。
【００２５】
ここで、図７によりＱスイッチ素子１５に対してＲＦＰを徐々に大きくすることなく急激に印加する比較例を示す。図７に示すように、ＲＦＰを急激に１００％印加した場合、例えばＱスイッチ素子１５を５０ｋＨｚのような高い周波数で動作させると（図７（ｂ））、ＲＦＰを必要以上に過大に印加することになる。
【００２６】
なお上記実施の形態においてＲＦＰを０から徐々に直線的に大きくなよう制御する例を示したが、これに限らず例えばＲＦＰをまず立ち上がり時に十分短い時間でレーザ光の発振を制御することが可能な値まで立ち上げ、その後２０マイクロ秒で１００％の出力まで徐々に直線的に大きくなるよう制御してもよい（図５（ａ）（ｂ））。
【００２７】
また、例えば周波数が５０ｋＨｚの時のレーザ光発振制御に必要となるＲＦＰが低周波数（１ｋＨｚ）のＲＦＰに対して６０％であり、周波数２５ｋＨｚの時の必要なＲＦＰが低周波数のＲＦＰに対して１００％である場合には、ＲＦＰのカット時にＲＦＰが丁度これらの値となるような傾きを定めてもよい。またＲＦＰは直線的に徐々に大きくする必要はなく、曲線状に大きくしてもよい（図６）。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、Ｑスイッチ素子を高周波数でＯＮ・ＯＦＦ動作する場合、カット時においてＱスイッチ素子に高周波電力の値を低く抑えることができる。一般に高周波数でＯＮ・ＯＦＦ動作する場合、レーザ光発振を抑制するために必要となる高周波電力は小さい値ですむ。このため、高周波数でＯＮ・ＯＦＦ動作する際、高周波電力の値を低く抑えることにより、レーザ光発振を確実に抑制しながら不必要な高周波電力の印加を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ発振器の一実施の形態を示すＱスイッチ素子に印加される高周波電力の波形を示す図。
【図２】レーザ発振器を示す概略図。
【図３】Ｑスイッチ素子に印加される高周波電力、固体増幅媒質の励起状態およびパルス状レーザ光を示す図。
【図４】Ｑスイッチ素子の動作の周波数と高周波電力との関係を示す図。
【図５】Ｑスイッチ素子に印加される高周波電力の他の波形を示す図。
【図６】Ｑスイッチ素子に印加される高周波電力の更に他の波形を示す図。
【図７】Ｑスイッチ素子に印加される高周波電力の比較例の波形を示す図。
【符号の説明】
１０  レーザ発振器
１１  固体増幅媒質
１２  発光装置
１３  出力ミラー
１４  全反射ミラー
１５  Ｑスイッチ素子
１６  Ｑスイッチドライバ
１７  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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