DE112004002892B4

DE112004002892B4 - Mit Laserdioden gepumpter Festkörper-Laseroszillator und Verfahren zum Steuern von Laserdioden eines Festkörper-Laseroszillators

Info

Publication number: DE112004002892B4
Application number: DE112004002892T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Morimoto; Toshiki Koshimae; Toshiaki Watanabe; Akihiro Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: JPWO2006061891A1; TW200620769A; US7701990B2; DE112004002892T5; TWI254502B; US20070160098A1; JP4274244B2; WO2006061891A1

Abstract

Mit Laserdioden gepumpter Festkörper-Laseroszillator, umfassend:
ein Festkörper-Pumpmedium (7);
mehrere Laserdioden (6a bis 6j), die um das Festkörper-Pumpmedium (7) angeordnet sind zum Aussenden von Pumpstrahlung an das Festkörper-Pumpmedium (7);
mehrere mit den Laserdioden (6a bis 6j) jeweils verbundene Erfassungsschaltungen (13a bis 13j) zum jeweiligen Erfassen eines Fehlers einer der mehreren Laserdioden (6a bis 6j);
mehrere Umlenkkreise (15a bis 15j), die mit jeweiligen Laserdioden (6a bis 6j) verbunden und dazu eingerichtet sind, die jeweiligen Laserdioden wahlweise zu umgehen;
mehrere Steuerschaltungen (14a bis 14j), die den Laserdioden (13a bis 13j) jeweils zugeordnet sind und dazu eingerichtet sind, Treibersignale an jeweils zugeordnete Umlenkkreise (15a bis 15j) zu liefern;
ein Bestimmungsteil (8), welches nach Erfassung eines Fehlers einer Laserdiode (6a bis 6j) von einer Erfassungsschaltung (13a bis 13j) ein Fehlersignal empfängt zum Bestimmen der Position der Laserdiode (6a bis 6j), welche fehlerhaft ist; und
ein Steuerteil (9), welches...

Description

Die Erfindung betrifft einen mit Laserdioden gepumpten Festkörper-Laseroszillator und ein Verfahren zum Steuern von Laserdioden eines Festkörper-Laseroszillators. Die Laserdioden werden im folgenden häufig mit der Abkürzung ”LD” und in der Mehrzahl als ”LDs” bezeichnet.
Aus der JP 2004014917 A ist ein Festkörper-Laseroszillator mit einem mit mehreren Laserdioden gepumpten Festkörper-Lasermedium bekannt, wobei die Laserdioden um das Lasermedium herum angeordnet sind, sowie mit einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Fehlers einer der Laserdioden und mit einer Steuereinrichtung zum Bestimmen der Position der Laserdiode, deren Fehler durch die Erfassungseinrichtung erfasst wird. Befindet sich der Laseroszillator in einem Ausgangszustand, gibt die Steuereinrichtung Relais-Steuersignale zum Kurzschließen von Relais einzeln nacheinander aus.
Eine im Prinzip teilweise ähnliche Vorrichtung ist aus der US 2002/0150139 A1 bekannt.
Aus der US 2004/0165629 A1 ist es bekannt, mehrere Einheiten eines Festkörper-Lasermediums längs einer gemeinsamen optischen Achse eines Laserstrahls anzuordnen und jeweils durch Laserdioden zu pumpen.
Die DE 103 06 312 A1 offenbart ein Laserdiodenbauelement und eine elektrische Schaltungsanordnung mit mehreren seriell zueinander verschalteten Laserdiodenbarren und einem parallelgeschalteten Überbrückungselement, das sich bei Anliegen einer bestimmten Betriebsspannung am zugehörigen Laserdiodenbarren in einem stromsperrenden Zustand befindet und in einen stromleitenden Zustand umschaltet, sobald der Spannungsabfall am Laserdiodenbarren die Betriebsspannung um einen vorgegebenen Spannungswert überschreitet. Nach der weiteren Lehre dieser Druckschrift kann die Schaltungsanordnung mehrere solcher Laserdiodenbauelemente umfassen, die in Reihe geschaltet sind.
Aus JP 10-284789 A JP 59-103565 A ist eine weitere bekannte Ausführung eines LD-gepumpten Festkörperlaseroszillators bekannt und im folgenden anhand von 9 und 10 näher beschrieben. Wie in 9 gezeigt ist, wird der Festkörperlaseroszillator durch einen oder mehrere Hohlräume 3 gebildet, wobei in jeden dieser Hohlräume ein teil-reflektierender Spiegel 1 und ein voll-reflektierender Spiegel 4 eingelegt sind, so dass Laserstrahlen 5 aus dem Oszillator austreten können. Einer dieser Hohlräume ist in 10 schematisch dargestellt. Der Hohlraum 3 ist so konfiguriert, dass ein Festkörperpumpmedium 7 durch Licht gepumpt wird, das von einer LD 6 ausgestrahlt wird, die als eine Pumplichtquelle dient.
9 zeigt den Laseroszillator mit zwei Hohlräumen. Es sind mehrere Dutzend oder Hunderte von LDs 6 angeordnet und in Reihe verbunden, sodass das Festkörperpumpmedium 7 gleichförmig gepumpt und einer Ausgabe des Laseroszillators oder durch einer Ausgabe pro LD zugeführt wird.
Laserleistung, die von einem Festkörperpumpmedium verfügbar ist, ändert sich in dem Volumen (gezeigt als ein schraffierter Teil 21 in 10 und hierin nachstehend als ein ”Modusvolumen” bezeichnet) des Festkörperpumpmediums 7, durch das Laserlicht, das in einem Resonanzzustand ist, passieren kann, und erhöht sich, wenn sich das Modusvolumen 21 erhöht. Das Modusvolumen 21 erhöht oder verringert sich, wenn sich die Ausgabe der LD 6 erhöht oder verringert. In einem Fall, wo eine Pumpverteilung in dem Festkörperpumpmedium 7 gleichförmig ist, existiert das Modusvolumen gleichförmig in Bezug auf eine zentrale Achse 10 des Festkörperpumpmediums 7, wie in 10 veranschaulicht ist. Allgemein ist eine Laserausgabe von dem Hohlraum einer LD-Ausgabe nahezu proportional, die einem LD-Erregungsstrom annähernd proportional ist. Um eine gewünschte Laserausgabe zu erhalten, werden somit allgemein Techniken zum Steuern eines LD-Stroms verwendet. Ein Festkörperlaseroszillator, der erforderlich ist, um eine hohe Ausgabe zu erhalten, hat eine Konfiguration, in der mehrere Hohlräume zwischen einem Teilreflexionsspiegel und einem Gesamtreflexionsspiegel angeordnet sind, um dadurch eine Laserausgabe zu erhalten, die eine Summe von Ausgaben der Hohlräume ist.
Zu den Fehlermodi der LD 6 gehören ein Kurzschlussfehlermodus und ein offener Fehlermodus. Bei Auftreten eines Kurzschlussfehlers emittiert die LD 6 kein Licht, sodass ein ungepumpter Teil in dem Festkörperpumpmedium 7 generiert wird. Somit verringert sich das Modusvolumen 21. Folglich verringert sich eine Laserstrahlausgabe des Laseroszillators. Ein Verfahren zum Korrigieren der Laserstrahlausgabe durch Erhöhen eines LD-Erregungsstroms und stärkeres Pumpen des gesamten Festkörperpumpmediums 7 wird als ein Verfahren zum Ausgleichen einer Reduzierung in der Laserstrahlausgabe eingesetzt.
Andererseits wird bei Auftreten eines offenen Fehlers der LD ein elektrischer Strompfad zum Erregen der LD 6 unterbrochen, sodass alle LDs 6 einschließlich der LDs 6, die keine Fehlfunktion haben, ausgeschaltet werden. Das Festkörperpumpmedium wird dann nicht gepumpt. Der Laseroszillator stoppt. Folglich können keine Laserstrahlen ausgegeben werden. Eine Konfiguration, in der die LDs 6 parallel miteinander verbunden sind, wird als eine Gegenmaßnahme gegen den Stopp des Oszillators angeführt. Diese Konfiguration benötigt eine Leistungsversorgung, die zum Zuführen eines elektrischen Stroms fähig ist, dessen Betrag n-mal (”n” bezeichnet die Zahl von LDs) von dem des elektrischen Stroms ist, der in dem Fall einer seriellen Verbindung der LDs erforderlich ist. Deshalb sind der Aufbau und die Kosten dieser Konfiguration kompliziert und kostenintensiv. Somit war ein Verfahren einer seriellen Verbindung der LDs 6 und Bereitstellung eines Umlenkkreises (Umlenkungsschaltung) parallel zu jeder der LDs 6 bevorzugt, um dadurch einen elektrischen Strompfad in einem offenen Fehler der LD 6 zu bilden. Da die überbrückte LD 6 ausgeschaltet ist, wird die Laserausgabe abgesenkt. Es wird deshalb der LD-Erregungsstroms erhöht und das gesamte Festkörperpumpmediums 7 gepumpt, ähnlich dem Fall des Kurzschlussfehlers.
Die Erfindung soll folgende Probleme lösen:
Bei Auftreten des Fehlers einer LD korrigiert ein zugehöriger LD-gepumpter Festkörperlaseroszillator eine Verringerung in einer Laserausgabe, die durch das Ausschalten der LD verursacht wird, durch Erhöhen eines Erregungsstroms, der jeder der anderen normalen LDs zugeführt wird. Die Laserausgabe kann jedoch nicht durch einfaches Zuteilen eines Betrags elektrischer Leistung, die durch die ausgefallene LD verbraucht wurde, an die anderen normalen LDs wiederhergestellt werden, d. h. einfaches Wiederherstellen eines Gesamtbetrags elektrischer Leistung zu einem Betrag elektrischer Leistung, die vor Auftreten des Fehlers verwendet wurde. Gründe werden nachstehend beschrieben.
Wenn die LD-Ausgabe wegen des Fehlers der LD unausgeglichen ist, so dass das Festkörperpumpmedium nicht gleichförmig gepumpt wird, wird ein Laserstrahl in dem Festkörperpumpmedium abgelenkt. Somit entsteht eine sogenannte Richtungsabweichung. Gründe für eine Verschlechterung der Pumpeffizienz beim Auftreten der Richtungsabweichung werden nachstehend beschrieben.
11(a) zeigt das Modusvolumen in einem Fall, in dem eine der LDs ausgeschaltet ist und in dem das Festkörperpumpmedium nicht gleichförmig gepumpt wird. Wenn die eine der LDs 20 ausgeschaltet ist, wird ein Laserstrahl 5 zu einem Teil abgelenkt, das in dem Festkörperpumpmedium stark gepumpt wird, wie in 11(a) veranschaulicht wird. Folglich wird eine Richtungsabweichung verursacht. In diesem Fall kann das Modusvolumen 21 in Bezug auf die zentrale Achse 10 des Festkörperpumpmediums 7 nicht gleichförmig verteilt werden. Gewöhnlich kann das Modusvolumen 21 nicht außerhalb des Festkörperpumpmediums 7 vorhanden sein. In einem Fall, wo die Ausgabe der LD 6 erhöht ist, hat deshalb das Modusvolumen 21 nicht eine Form, die in 11(b) veranschaulicht wird. Stattdessen hat das Modusvolumen eine Form, die in 11(a) veranschaulicht wird, sodass das Modusvolumen 21 in dem Festkörperpumpmedium 7 enthalten ist. Somit ist die Laserausgabe um einen Betrag entsprechend einem Teil des Modusvolumens 21 verringert, der aus dem Festkörperpumpmedium 7 herausragt, wie in 11(b) gezeigt wird. Folglich verschlechtert sich die Pumpeffizienz. Deshalb ist sie zum Erhalten einer ursprünglichen Laserausgabe unzureichend, d. h. des ursprünglichen Modusvolumens 21, um den Gesamtbetrag elektrischer Leistung zuzuführen, der vor Auftritt des Fehlers zugeführt wurde. Es gibt die Notwendigkeit zum Zuführen elektrischer Leistung, deren Betrag mehr als der Gesamtbetrag elektrischer Leistung ist, die vor Auftritt des Fehlers zugeführt wurde.
12 veranschaulicht einen Fall, wo viele Hohlräume in Reihe in dem Festkörperlaseroszillator so angeordnet sind, um eine hohe Ausgabe zu erhalten. Wenn eine LD 20 in einem Hohlraum ausgeschaltet ist, ist das Modusvolumen 21 in diesem Hohlraum ähnlich dem, was in 11(a) gezeigt wird, wie in 12 veranschaulicht. In dem anderen Hohlraum weicht jedoch ein einfallender Laserstrahl von der zentralen Achse des Festkörperpumpmediums ab. Somit wird ähnlich zu dem Hohlraum, in dem die LD 20 ausgeschaltet ist, eine Richtungsabweichung verursacht, wie in 12 veranschaulicht. In diesem Fall hat das Modusvolumen 21 eine Form, die so angepasst ist, dass kein Teil des Modusvolumens 21 aus dem Festkörperpumpmedium 7 herausragt, so dass das Modusvolumen 21 verringert wird, ähnlich zu dem Modusvolumen 21 in dem Hohlraum, in dem die LD 20 ausgeschaltet ist, und die Pumpeffizienz abgesenkt ist. Der Grad einer Absenkung der Pumpeffizienz in diesem Fall ist im wesentlichen gleich dem einer Absenkung der Pumpeffizienz in dem Fall des Hohlraums, in dem die LD ausgeschaltet ist.
Wie oben beschrieben, wird es somit die LD ausgeschaltet, wenn der Fehler der LD auftritt, und die Pumpverteilung ist unausgeglichen. Selbst wenn der Betrag der Ausgabe der ausgeschalteten LD den Ausgaben der normalen LDs zugeteilt wird, d. h. der Gesamtbetrag elektrischer Leistung wird auf den selben Grad wiederhergestellt wie den der elektrischen Leistung, die verwendet wird, bevor der Fehler auftritt; der ursprüngliche Grad der Laserausgabe nicht erhalten werden. D. h. die Pumpeffizienz des Hohlraums wird abgesenkt. Folglich sollten die normalen LDs einen Betrag der Ausgabe der ausgeschalteten LD teilen. In einem Fall, in dem viele Hohlräume miteinander verbunden sind, treten Richtungsabweichungen in allen Hohlräumen auf. Somit wird die Pumpeffizienz sogar in dem Hohlraum abgesenkt, dessen LDs normal sind. Selbst der Hohlraum, in dem alle LDs normal sind, sollte deshalb Ausgaben der LDs erhöhen, um die ursprüngliche Laserausgabe zu erhalten.
Aus der JP 59-113768 A ist bekannt, dass wenn bei einer Erhöhung des Erregungsstroms für eine LD sich die Lebensdauer der LD verringert, wie in 13 gezeigt wird. Somit sollte der Erregungsstrom für die LD so weit wie möglich reduziert werden. Wie oben beschrieben, führt jedoch die Reduzierung in der Pumpeffizienz wegen der Abschaltung der LD dazu, dass eine Laserausgabe, deren Betrag größer als der der abgeschalteten LD ist, den anderen normalen LDs zugeteilt werden sollte, um die ursprüngliche Laserausgabe wiederherzustellen. Dies verursacht Probleme dahingehend, dass der LD-Erregungsstrom sehr stark erhöht wird und dass die Lebensdauer jeder der LDs verkürzt wird. Es wurde deshalb auch schon vorgeschlagen, einen Umlenkungskreis zu konfigurieren ohne Erhöhung des Erregungsstroms in der Weise, dass ein Umlenkungskreis bereitgestellt wird, der eine Ersatz-LD parallel zu jeder der LDs hat, wie dies aus JP 59-113 768 A bekannt ist. LDs sind jedoch sehr teuer, so dass diese Technik ein Kostenproblem hat. Insbesondere in dem Fall eines Laseroszillators hoher Ausgabe ist die Zahl von notwendigen LDs groß. Auch ist es wegen struktureller Einschränkungen schwierig, die Ersatz-LD in dem Umlenkkreis zusätzlich bereitzustellen. Deshalb kann dieser Oszillator bei einer Erhöhung des Erregungsstroms für jede der LDs beim Auftreten des Fehlers der LD nicht dazu führen, die Reduzierung in der Laserausgabe auszugleichen. Folglich ist es notwendig, diese Erhöhung so weit wie möglich zu reduzieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Probleme zu lösen und dazu einen LD- gepumpten Festkörperlaseroszillator zu schaffen, der bei einem einfachen und kostengünstigen Aufbau befähigt ist, sogar in einem Fall, bei dem ein Fehler einer LD auftritt und eine Reduzierung in der Pumpeffizienz wegen einer Richtungsabweichung verursacht wird, eine Erhöhung im Erregungsstrom, der einer LD zugeführt wird, die benötigt wird, um eine ursprüngliche Laserausgabe wiederherzustellen, zu vermeiden. Zu der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe gehört auch, ein geeignetes Verfahren zum Steuern der LDs eines LD-gepumpten Festkörper-Laseroszillators anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach der Lehre eines der Vorrichtungsansprüche 1 und 9 bzw. nach der Lehre des Verfahrensanspruchs 13 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den diesen Ansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüchen.
Vorteile der Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen, jeweils in schematischer Darstellung:
1 die Konfiguration eines LD-gepumpten Festkörperlaseroszillators nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern des Kurzschließens einer LD des LD-gepumpten Festkörperlaseroszillators nach der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 eine erläuternde Darstellung, die eine Richtungszahl bei einem herkömmlichen LD- gepumpten Festkörperlaseroszillators veranschaulicht;
4 Flussdiagramme, die weitere Verfahren zum Steuern des Kurzschließens der LD des LD-gepumpten Festkörperlaseroszillators nach ersten Ausführungsform der Erfindung darstellen;
5 ein Flussdiagramm, das noch ein weiteres Verfahren zum Steuern des Kurzschließens der LD des LD-gepumpten Festkörperlaseroszillators nach der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
6 eine Grafik zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Erregungsstrom für die LD eine herkömmlichen LD-gepumpten Festkörperlaseroszillators und der Pumplichtausgabe von der LD;
7 eine Grafik zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Anzahl von eingeschalteten LDs des LD-gepumpten Festkörperlaseroszillators nach der ersten Ausführungsform der Erfindung und der Laserausgabe des Oszillators;
8 eine Ausbildung zur Erzielung einer eine noch günstigeren Richtungsabweichung im Festkörper-Pumpmedium bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
9 eine Konfiguration eines herkömmlichen LD-gepumpten Festkörperlaseroszillators;
10 eine schematische Ansicht eines Hohlraums eines herkömmlichen LD-gepumpten Festkörperlaseroszillators;
11 schematische Ansichten zur Veranschaulichung eine Richtungsabweichung in einem Festkörper-Pumpmedium;
12 schematische Ansichten zur Veranschaulichung einer Richtungsabweichung in einem Festkörper-Pumpmedium bei Anordnung in zwei miteinander verbundenen Hohlräumen; und
13 eine Grafik zur Veranschaulichung der Korrelation zwischen dem Erregungsstrom und der Lebensdauer einer LD.
Nachfolgend wird die Erfindung im Einzelnen beschrieben, wobei für die Begriffe ”Bestimmungsteil 8” und ”Steuerteil 9” auch die Begriffe ”Bestimmungsabschnitt 8” bzw. ”Steuerabschnitt 9” verwendet werden, Dabei haben die jeweils korrespondierenden Begriffe gleiche inhaltliche Bedeutung.
Erste Ausführungsform
Hierin nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines LD-gepumpten Festkörperlaseroszillators veranschaulicht, der als eine Ausführungsform der Erfindung dient und mit einer LD-Kurzschluss-Steuereinheit versehen ist. Der Laseroszillator, in dem das Festkörperpumpmedium in einem Hohlraum durch insgesamt 10 LDs von zwei Richtungen jeweils entsprechend zweier Mengen von jeweils 5 LDs gepumpt wird, wird in dieser Figur veranschaulicht.
Wie in 1 gezeigt, sind LDs 6a bis 6j in Reihe verbunden und emittieren Licht als Reaktion auf einen elektrischen Gleichstrom, der durch eine Leistungsversor gungseinheit 12 ausgegeben wird, so dass Pumplicht 22 das Festkörperpumpmedium 7 pumpt. Jeder von Umlenkungskreisen 15a bis 15j ist mit einer zugehörigen LD der LDs 6a bis 6j parallel verbunden. Eine Operation zum Ansteuern von jedem der Umlenkungskreise 15a bis 15j wird durch eine zugehörige Steuerschaltung aus der Anzahl von Steuerschaltungen 14a bis 14j gesteuert. Jede von Erfassungsschaltungen 13a bis 13j ist mit einer zugehörigen LD der LDs 6a bis 6j parallel verbunden, und erfasst einen Kurzschlussfehler und einen offenen Fehler der zugehörigen LD gemäß einer Spannung, die sich über der zugehörigen LD entwickelt. Jede der Erfassungsschaltungen kann ein Verfahren verwenden, das z. B. in JP-2003-363040 A beschrieben ist. Die Erfassungsschaltungen 13a bis 13j und die Steuerschaltungen 14a bis 14j sind mit der LD-Kurzschluss-Steuereinheit 11 verbunden und tauschen Erfassungssignale und Steuersignale aus. Eine LD-Leistungssteuereinheit 18 steuert EIN/AUS und eine Laserausgabe des Oszillators.
In der vorangehenden Beschreibung wurde die Konfiguration des Oszillators beschrieben, der die Erfassungsschaltung einsetzt, die angepasst ist, einen Kurzschlussfehler oder einen offenen Fehler einer LD gemäß einer Spannung zu erfassen, die sich über der LD entwickelt. Es kann jedoch die Erfassungsschaltung eingesetzt werden, die eine Fotodiode einsetzt, die z. B. in JP 10-284789 A beeschrieben ist. Alternativ kann ein optischer Thyristor eingesetzt werden, der in der Patentliteraturstelle 2 beschrieben wird. Solange die Erfassungsschaltung ein Mittel zum Erfassen eines Kurzschlussfehlers und eines offenen Fehlers einer LD ist, ist die Konfiguration des Oszillators nicht begrenzt.
Die LD-Kurzschlusssteuereinheit 11 ist mit einem Bestimmungsabschnitt 8 und einem Steuerabschnitt 9 versehen. Der Bestimmungsabschnitt 8 empfängt ein Erfassungssignal, das anzeigt, dass die Erfassungsschaltung 13 ein Auftreten eines Fehlers einer LD erfasst. Dann bestimmt der Bestimmungsabschnitt 8, welche der LDs fehlerhaft ist. Auch bestimmt der Bestimmungsabschnitt 8, welche der LDs als nächste kurzgeschlossen wird, um die Ungleichmäßigkeit der Pumpverteilung in dem Festkörperpumpmedium zu korrigieren. Anschließend sendet der Bestimmungsabschnitt 8 Positionsinformation, die die Position jeder von derartigen LDs darstellt, zu dem Steuerabschnitt 9. Der Steuerabschnitt 9 sendet Steuersignale zu der Steuerschaltung 14 entsprechend jedem der Umlenkungskreise 15, um gemäß der Positionsinformation angesteuert zu werden, die von dem Bestimmungsabschnitt 8 gesendet wird, so, um den Umlenkungskreis 15 entsprechend der ausgefallenen LD und den Umlenkungskreis 15 entsprechend der LD, die als nächste kurzzuschließen ist, anzusteuern.
Die Ausgabe von Laserstrahlen wird wie folgt gesteuert. Ein Halbspiegel 16 ist in einem optischen Pfad eines Laserstrahls 5 angeordnet, der aus dem Teilreflexionsspiegel 1 herauskommt. Ein Teil der Laserstrahlen 5, die durch den Halbspiegel 16 reflektiert werden, wird durch einen Leistungssensor 17 empfangen, um dadurch eine Ausgabe zu messen. Ein Erfassungswert, der durch den Leistungssensor 17 erhalten wird, wird zu einer LD-Leistungssteuereinheit 18 gesendet. Dann vergleicht die LD-Leistungssteuereinheit 18 einen tatsächlichen Ausgabewert des Laserstrahls 5, der aus diesem Erfassungswert kalkuliert wird, und einen gewünschten Laserstrahl-Ausgabewert. Anschließend steuert die LD-Leistungssteuereinheit 18 die Leistungszufuhr 12, um elektrische Leistung, die der LD zugeführt wird, so abzustimmen, dass der tatsächliche Ausgabewert gleich dem gewünschten Ausgabewert wird.
Als Nächstes wird eine Operation des Oszillators nachstehend durch Verwendung eines Flussdiagramms, das in 2 gezeigt wird, und auch Verweis auf Symbole, die in 1 gezeigt werden, beschrieben.
Während der Oszillator arbeitet, wird die Spannung, die sich über jeder der LDs 6 entwickelt, in Schritt S001 durch die Erfassungsschaltung 13 stets überwacht, um dadurch zu beobachten, ob ein Fehler jeder der LDs auftritt.
Es wird nun angenommen, dass ein Fehler einer LD 6a in der Ausführungsform von 1 auftritt.
Wenn die Erfassungsschaltung 13 einen offenen Fehler oder einen Kurzschlussfehler der LD 6a erfasst, wird ein Erfassungssignal von dort zu dem Bestimmungsabschnitt 8 der LD-Kurzschlusssteuereinheit 11 gesendet.
Der Bestimmungsabschnitt 8 bestimmt die Position der ausgefallenen LD 6a und transferiert dann Positionsinformation, die die Position der ausgefallenen LD 6a darstellt, zu dem Steuerabschnitt 9 in Schritt S002.
Der Steuerabschnitt 9 sendet ein Kurzschlusssignal zu der Steuerschaltung 14a gemäß der empfangenen Positionsinformation, die die Position der ausgefallenen LD 6a darstellt, um elektrischen Strom umzulenken, der von der LD 6a ausgegeben wird.
Wenn das Kurzschlusssignal empfangen wird, veranlasst die Steuerschaltung 14a den Umlenkungskreis 15a, um dadurch die LD 6a kurzzuschließen. Anschließend fließt in Schritt S003 ein elektrischer Strom in dem Umlenkungskreis 15a, während die anderen LD 6b bis 6j fortsetzen Licht zu emittieren, ohne ausgeschaltet zu werden.
Anschließend bestimmt in Schritt S004 der Bestimmungsabschnitt 8, ob eine Richtungszahl gerade oder ungerade ist.
Übrigens ist die Richtungszahl ein numerischer Wert, der die Zahl von Richtungen anzeigt, von denen Pumplicht auf das Festkörperpumpmedium 7 durch die LDs 6 ausgestrahlt wird. 3(a) bis 3(d) sind Ansichten, die einen Hohlraum veranschaulichen, die von einer Richtung einer Laserstrahlachse genommen sind. 3(a) zeigt einen Fall, in dem die Pump lichtstrahlen von zwei Richtungen ausgestrahlt werden. Somit ist die Richtungszahl 2. Ähnlich zeigt 3(b) einen Fall, wo die Richtungszahl 3 ist. 3(c) zeigt einen Fall, wo die Richtungszahl 4 ist, während 3(d) einen Fall zeigt, wo die Richtungszahl 6 ist. Da große Wichtigkeit auf die Symmetrie der Pumpverteilung gelegt wird, sind die LDs 6 um das Festkörperpumpmedium 7 in regelmäßigen Winkelintervallen herum angeordnet, wie in 3 veranschaulicht wird.
In dem Fall, der in 1 veranschaulicht wird, ist die Richtungszahl 2, sodass der Bestimmungsabschnitt 8 bestimmt, dass die Richtungszahl gerade ist.
Der Bestimmungsabschnitt 8 wählt die LD, die als nächste kurzzuschließen ist, gemäß der Positionsinformation, die die Position der ausgefallenen LD 6a darstellt.
3(e) ist eine Ansicht, die den Hohlraum darstellt, die von einer seitlichen Richtung genommen ist. Um die Richtungsabweichung zu korrigieren, ist es empfehlenswert, die LD 23 auszuschalten, die auf der gleichen Ebene S senkrecht zu der zentralen Achse 10 des Festkörperpumpmediums vorgesehen ist, die der ausgefallenen LD 20 gegenüberliegt.
In einem Fall, wo die Richtungszahl gerade ist, werden die ausgefallene LD 20 und die LD 23, die auf der gleichen Ebene senkrecht zu der zentralen Achse 10 des Festkörperpumpmediums und in der Position der LD 20 zugewandt vorgesehen ist, ausgeschaltet. In einem Fall z. B., wo die Richtungszahl 2, 4 oder 6 ist, werden die ausgefallene LD 20 und die LD 23, die in 3(a), 3(b) und 3(d) als schattierte Spalten gezeigt werden, und die auf der gleichen Ebene senkrecht zu der zentralen Achse 10 des Festkörperpumpmediums vorgesehen sind, gesteuert, ausgeschaltet zu sein. (S005)
In einem Fall, wo die Richtungszahl ungerade ist, werden alle der ausgefallenen LD 20 und der LD 23, die auf der gleichen Ebene senkrecht zu der zentralen Achse 10 des Festkörperpumpmediums vorgesehen sind, ausgeschaltet. In einem Fall z. B., wo die Richtungszahl 3 ist, werden die ausgefallene LD 20 und die LD 23, die in 3(b) als schattierte Spalten gezeigt werden, und auf der gleichen Ebene senkrecht zu der zentralen Achse 10 des Festkörperpumpmediums vorgesehen sind, gesteuert, ausgeschaltet zu sein. (S006)
In dem Fall, der in 1 gezeigt wird, ist die LD 6f eine LD, die kurzzuschließen ist. Somit transferiert der Bestimmungsabschnitt 8 die Positionsinformation, die die Position der LD 6f darstellt, zu dem Steuerabschnitt 9.
Der Steuerabschnitt 9 sendet ein Kurzschlusssignal zu der Steuerschaltung 14f gemäß der empfangenen Positionsinformation, die die Position der ausgefallenen LD 6f darstellt, um elektrischen Strom umzulenken, der von der LD 6f ausgegeben wird.
Wenn das Kurzschlusssignal empfangen wird, veranlasst die Steuerschaltung 14f den Umlenkungskreis 15f, um dadurch die LD 6f kurzzuschließen. Folglich wird die LD 6f ausgeschaltet, da der Stromwert eines elektrischen Stroms, der darin fließt, einen Schwellenstrom nicht erreicht, während die anderen LDs 6b bis 6e und LDs 6g bis 6j fortsetzen, Licht zu emittieren.
Die LD-Leistungssteuereinheit 18 steuert die Leistungszufuhr 12 und stimmt den LD-Erregungsstrom ab, während ein Wert, der durch den Leistungssensor 17 gemessen wird, zurückgekoppelt wird, um die Laserausgabe, die wegen der Ausschaltung der LD abgesenkt ist, zu einer gewünschten Laserausgabe wiederherzustellen. (S007)
Dann wird der Prozess, der aus den Schritten S001 bis S007 besteht, iterativ durchgeführt, bis der Oszillator stoppt.
In einem Fall, wo in dem Schritt S005 bestimmt wird, dass die Richtungszahl gerade ist, wird die LD, die der ausgeschalteten LD zugewandt ist, ausgeschaltet. Ähnlich zu dem Fall, wo die Richtungszahl ungerade ist, kann jedoch die Richtungsabweichung korrigiert werden, selbst wenn alle der LDs, die die LD einschließen, die der ausgeschalteten LD zugewandt ist und auf der gleichen Ebene senkrecht zu der zentralen Achse des Festkörperpumpmediums vorgesehen sind, ausgeschaltet werden. In diesem Fall werden jedoch, wenn die Richtungszahl 4 ist, wie in 3(c) gezeigt, vier LDs einschließlich der ausgefallenen LD ausgeschaltet. Wenn die Laserausgabe wiederhergestellt wird, erhöht sich somit die Laserausgabe, die durch jede der anderen normalen LDs zu teilen ist. In dem Fall, wo die Richtungszahl gerade ist, kann die Richtungsabweichung durch Ausschalten nur der LD korrigiert werden, die der ausgefallenen LD zugewandt ist. Somit ist es wünschenswert, eine Verarbeitung ähnlich zu dem Schritt S005 durchzuführen.
Unterdessen wird, wie in der vorangehenden Beschreibung der Operation beschrieben, die Richtungszahl durch den Bestimmungsabschnitt 8 bestimmt. Gewöhnlich wird jedoch die Richtungszahl als ein Gestaltungswert von jedem der Laseroszillatoren vorbestimmt. Somit kann der Bestimmungsabschnitt 8 gestaltet sein, an den Oszillator angepasst zu sein, in dem der Bestimmungsabschnitt vorgesehen ist, um dadurch eine Verarbeitung gemäß einer fixierten geraden Richtungszahl oder einer fixierten ungeraden Richtungszahl durchzuführen. In einem Fall z. B., wo der Laseroszillator so gestaltet ist, dass die Richtungszahl gerade ist, können Schritte S004 und S006 weggelassen werden, wie in 4(a) veranschaulicht wird. In einem Fall, wo der Laseroszillator so gestaltet ist, dass die Richtungszahl ungerade ist, können Schritte S004 und S005 weggelassen werden, wie in 4(b) veranschaulicht wird.
Wie in der vorangehenden Beschreibung der Operation beschrieben, wird auch, nachdem die LD, die wegen dem Fehler ausgeschaltet ist, kurzgeschlossen ist, die LD, die als nächste auszuschalten ist, ausgewählt. Ferner wird diese LD kurzgeschlossen. Wie nachstehend beschrieben, kann jedoch der Oszillator so konfiguriert sein, dass die Positionen der ausgefallenen LD und der LD, die als nächste auszuschalten ist, zuerst bestimmt werden, dass danach Signale zu den Steuerschaltungen gesendet werden können, sodass die ausgefallene LD und die LD, die als nächste auszuschalten ist, kurzgeschlossen werden. Ein Operationsfluss in diesem Fall wird nachstehend durch Verweis auf 5 beschrieben. In 5 ist ein Schritt, in dem eine Operation ähnlich zu der, die in dem Schritt durchgeführt wird, der in 2 veranschaulicht wird, durch die gleiche Schrittzahl bezeichnet.
Während der Oszillator arbeitet, wird die Spannung, die sich über jeder der LDs 6 entwickelt, stets durch die Erfassungsschaltung 13 überwacht, um dadurch zu beobachten, ob ein Fehler jeder der LDs auftritt. (S001)
Es wird nun angenommen, dass ein Fehler einer LD 6a in 1 auftritt.
Wenn die Erfassungsschaltung 13a einen offenen Fehler oder einen Kurzschlussfehler der LD 6a erfasst, wird ein Erfassungssignal von dort zu dem Bestimmungsabschnitt 8 der LD-Kurzschlusssteuereinheit 11 gesendet.
Der Bestimmungsabschnitt 8 bestimmt die Position der ausgefallenen LD 6a. (S002)
Anschließend bestimmt der Bestimmungsabschnitt 8, ob eine Richtungszahl gerade oder ungerade ist. (S004)
In dem Fall, der in 1 veranschaulicht wird, ist die Richtungszahl 2, sodass der Bestimmungsabschnitt 8 bestimmt, dass die Richtungszahl gerade ist.
Der Bestimmungsabschnitt 8 wählt die LD, die als nächste kurzzuschließen ist, gemäß der Positionsinformation, die die Position der ausgefallenen LD 6a darstellt.
In einem Fall, wo die Richtungszahl gerade ist, ist die LD 23 in einer Position vorgesehen, die der ausgefallenen LD 22 zugewandt ist. (S011)
In einem Fall, wo die Richtungszahl ungerade ist, werden alle der ausgefallenen LD 20 und der LD 23, die auf der gleichen Ebene senkrecht zu der zentralen Achse 10 des Festkörperpumpmediums vorgesehen sind und in der Position der LD 20 zugewandt, ausgeschaltet. (S012)
In dem Fall, der in 1 gezeigt wird, ist die LD 6f eine LD, die kurzzuschließen ist.
Dann transferiert der Bestimmungsabschnitt 8 die Positionsinformation, die die Position der LD 6a und der LD 6f darstellt, zu dem Steuerabschnitt 9.
Der Steuerabschnitt 9 sendet Kurzschlusssignale zu den Steuerschaltungen 14a bzw. 14f gemäß der empfangenen Positionsinformation, die die Positionen der ausgefallenen LD 6a und der LD 6f darstellt, die auszuschalten ist, um elektrische Ströme umzulenken, die von der LD 6a und der LD 6f ausgegeben werden.
Wenn die Kurzschlusssignale empfangen werden, veranlasst die Steuerschaltung 14a den Umlenkungskreis 15a, um dadurch die LD 6a kurzzuschließen. Wenn die Kurzschlusssignale empfangen werden, veranlasst auch die Steuerschaltung 14f den Umlenkungskreis 15f, um dadurch die LD 6f kurzzuschließen. Folglich fließen elektrische Ströme durch die Umlenkungskreise 15a und 15f. Somit wird die LD 6f ausgeschaltet, da der Stromwert eines elektrischen Stroms, der darin fließt, einen Schwellenstrom nicht erreicht, während die anderen LDs 6b bis 6d und LDs 6g bis 6j beibehalten, Licht zu emittieren. (S013)
Die LD-Leistungssteuereinheit 18 steuert die Leistungszufuhr 12 und stimmt den LD-Erregungsstrom in Schritt S007 ab, während ein Wert, die durch den Leistungssensor 17 gemessen wird, zurückgekoppelt wird, um die Laserausgabe, die wegen der Ausschaltung der LD abgesenkt ist, auf eine gewünschte Laserausgabe wiederherzustellen.
Dann wird der Prozess, der aus den Schritten S001 bis S007 besteht, iterativ durchgeführt, bis der Oszillator stoppt.
In der vorangehenden Beschreibung der Operation wurde beschrieben, dass der Umlenkungskreis betrieben wird, selbst wenn ein Kurzschlussfehler der LD auftritt. In einem Fall, wo ein Kurzschlussfehler der LD auftritt, behält gewöhnlich ein elektrischer Strom bei, dort durch zu fließen. Somit hat dieser Fehler keine Wirkung auf die anderen normalen LDs. Deshalb ist es nicht immer notwendig, den Umlenkungskreis zu betreiben. Es gibt jedoch Befürchtungen, dass ein Lötmittelteil der LD, von der der Kurzschlussfehler auftritt, anomal überhitzt wird, sodass das Lötmittel von dort verstreut wird. Folglich ist es wünschenswert, den Umlenkungskreis zu veranlassen zu arbeiten, um dadurch einen Betrag eines elektrischen Stroms zu reduzieren, der durch die ausgefallene LD fließt.
Als Nächstes wird nachstehend detailliert mit einem Beispiel beschrieben, welches ein Oszillator ist, der durch einen Hohlraum gebildet wird, dass eine Erhöhung in dem Erregungsstrom für die LDs durch die zuvor erwähnte Operation unterdrückt werden kann.
Zuerst wird die Beziehung zwischen dem Erregungsstrom für die LD und der Laserstrahlausgabe durch Verweis auf 6 beschrieben. 6 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen dem Erregungsstrom für die LD und der Ausgabe von der LD veranschaulicht. Wenn der Erregungsstrom einen Schwellenstrom I₀ erreicht, beginnt die LD Licht auszugeben. Die Ausgabe der LD erhöht sich in Proportion zu dem Erregungsstrom. P_LD soll eine LD-Ausgabe mit Bezug auf einen elektrischen Strom I bezeichnen. Somit gilt die folgende Gleichung. PLD = α(I – I0) (1)wobei α ein Verhältnis der LD-Ausgabe zu dem Erregungsstrom ist.
7 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Zahl von eingeschalteten LDs und der Laserausgabe des Oszillators veranschaulicht. ”n” soll die Zahl der LDs bezeichnen, die gegenwärtig eingeschaltet sind. Somit ergibt sich die Laserausgabe P_YAG durch die folgende Gleichung. PYAG = β(n·PLD) (2)wobei β ein kompetent ist, der die Pumpeffizienz darstellt.
In einem Fall zuerst, wo kein Fehler der LD auftritt (siehe einen Punkt A, der in 7 gezeigt wird), wo der LD-Erregungsstrom I = I₁ ist, und wo P_YAG die Laserausgabe bezeich net, wird die folgende Gleichung aus den Gleichungen (1) und (2) abgeleitet. PYAG1 = β1(n·PLD1) = β1(n·α(I1 – I0) (3)
In einem Fall als Nächstes, wo ein Fehler der LD auftritt (siehe einen Punkt B, der in 7 gezeigt wird), erfasst die Erfassungsschaltung den Fehler der LD, um dadurch den LD-Umlenkungskreis anzusteuern. Die Zahl von Pumplichtquellen verringert sich. Eine Reduzierung in der Pumpeffizienz (β₁ → β₃) tritt wegen der Richtungsabweichung auf. Die Laserausgabe wird zu P_YAG2 reduziert. Somit ergibt sich P_YAG2 durch die folgende Gleichung, die aus den Gleichungen (1) und (2) abgeleitet wird. PYAG2 = β3{(n – 1)·PLD1} = β3{(n – 1)·α(I1 – I0)} (4)
Die LD-Leistungssteuereinheit instruiert die Leistungsversorgung, den Erregungsstrom zu erhöhen (siehe einen Punkt C, der in 7 gezeigt wird), sodass die Laserausgabe P_YAG2 einem Instruktionswert P_YAG1 folgt. P_LD3 soll eine LD-Ausgabe in einem Instruktionsstromwert I₃ bezeichnen. Somit werden die folgenden Gleichungen aus den Gleichungen (3) und (4) abgeleitet.
Übrigens ist der zweite Term der rechten Seite der Gleichung, die den Wert des Instruktionsstroms I₃ darstellt, konstant.
Der erste Term
der rechten Seite kann durch
in einem Fall angenähert werden, wo die Zahl der eingeschalteten LDs, die erhalten wird, bevor der Fehler auftritt, von mehreren Dutzend bis zu mehren Hundert reicht, und ausreichend groß ist. Somit ist der Term
, der der Pumpeffizienz umgekehrt proportional ist, des Instruktionsstroms I₃ dominant. Dies zieht die Aufmerksamkeit gemäß der Erfindung auf sich. Jede normale LD wird durch Ansteuern des Umlenkungskreises, der parallel zu der normalen LD vorgesehen ist, ausgeschaltet, sodass ein gleichförmiger Pumpausgleich erreicht wird. Folglich wird eine Erhöhung in dem LD-Erregungsstrom, der zu bewirken ist, um die ursprüngliche Laserausgabe zu erhalten, unterdrückt. Auch wird die Reduzierung in der Lebensdauer der LD unterdrückt.
Wie oben beschrieben wird, wenn eine LD ausgeschaltet ist, Ungleichmäßigkeit der Pumpverteilung des Festkörperpumpmediums bewirkt, sodass eine Richtungsabweichung auftritt. Somit wird die Pumpeffizienz abgesenkt. Die Technik zum Lösen dieses Problems wird nachstehend mit einem Beispiel eines Hohlraums beschrieben, der angepasst ist, das Festkörperpumpmedium durch LDs von zwei symmetrischen Richtungen zu pumpen.
Wenn die LD fehlerhaft ist und ausgeschaltet wird, tritt die Ungleichmäßigkeit der Pumpverteilung auf. Wie oben beschrieben, wird ein Laserstrahl zu einem Teil abgelenkt, der stark gepumpt wird. Somit wird eine Richtungsabweichung auf der Seite entgegengesetzt zu der ausgeschalteten LD bewirkt. Wie in 8 veranschaulicht, ist die LD auf der Seite der ausgefallenen LD 20 zugewandt über der zentralen Achse 10 des Festkörperpumpmediums angeordnet. Folglich wird, wie in 8 gezeigt, die Ungleichmäßigkeit der Pumpverteilung auf einer Linie, die die ausgefallene LD 20 mit der Mitte des Festkör perpumpmediums verbindet, eliminiert. Die Richtungsabweichung wird gemildert. Wegen der LD 23, die in einer Stelle der ausgefallenen LD 20 zugewandt positioniert ist, ist die Zahl von eingeschalteten LDs (n – 2). Die Pumpeffizienz ist β₂ (β₁ > β₂ > β₃). In einem Fall, wo die Laserausgabe angepasst ist, dem Instruktionswert P_YAG1 zu folgen (siehe einen Punkt D, der in 7 gezeigt wird), werden die folgenden Gleichungen aus den Gleichungen (3) und (4) abgeleitet.
Übrigens ist (die Zahl von eingeschalteten LDs) » 1. Somit ist
Der Term
des Wertes von I₂ ist dominant. In einem Fall, wo die LD-Erregungsströme I₂ und I₃ miteinander verglichen werden, ist I₃ > I₂ gemäß den Gleichungen (5) und (6), da β₂ > β₃ ist. Es ist offensichtlich, dass der LD-Erregungsstrom in einem Fall kleiner wird, wo die LD, die der ausgefallenen LD zugewandt ist, ausgeschaltet wird.
In der vorangehenden Beschreibung wurde die Steigerung der Pumpeffizienz des Oszillators beschrieben, der durch einen Hohlraum gebildet wird. Die Verbesserung der Pumpeffizienz in einem Oszillator, in dem viele Hohlräume verbunden sind, wird jedoch wie folgt durchgeführt. Bevor ein Fehler der LD auftritt, ist die Pumpeffizienz jedes von allen der Hohlräume β₁. Nachdem die LD fehlerhaft ist und ausgeschaltet ist, ist die Pumpeffizienz des Hohlraums einschließlich der ausgefal lenen LD β₃. Sogar in dem Fall eines Hohlraums, in dem alle LDs normal sind, ist die Pumpeffizienz im wesentlichen β₃. Nachdem der Fehler der LD auftritt, ist in einem Fall, wo die LD, die der ausgefallenen LD zugewandt ist, ausgeschaltet wird, die Pumpeffizienz des Hohlraums einschließlich der ausgefallenen LD β₂, während die Pumpeffizienz der anderen Hohlräume, in jedem von denen alle LDs normal sind, im wesentlichen β₁.
In einem Fall, wo die LD, die der ausgefallenen LD zugewandt ist, ausgeschaltet ist, wird die Ungleichmäßigkeit der Pumpverteilung mit Bezug auf die zentrale Achse 10 des Festkörperpumpmediums in dem Hohlraum einschließlich der ausgefallenen LD im wesentlichen beseitigt, sodass die Richtungsabweichung korrigiert wird. Es bleibt dennoch eine geringe Ungleichmäßigkeit der Pumpverteilung in der Richtung einer Länge des Festkörperpumpmediums (d. h. der Richtung der zentralen Achse 10 davon). Somit erreicht die Pumpeffizienz nicht β₁ und ist β₂. Andererseits erreicht die Pumpeffizienz des Hohlraums, in dem alle LDs normal sind, fast β₁, da die Richtungsabweichung, die darin verursacht wird, korrigiert wird, wenn die Richtungsabweichung in dem Hohlraum einschließlich der ausgefallenen LD korrigiert wird.
Somit ist die Verbesserung der Pumpeffizienz in dem Oszillator mit einer Vielzahl von Hohlräumen deutlicher.
Als Nächstes wird der zuvor erwähnte Vorteil nachstehend mit einem Beispiel eines praktischen Oszillators durch Zeigen konkreter numerischer Daten beschrieben. Z. B. wird der Vorteil durch Verwenden der zuvor erwähnten Gleichungen in dem folgenden LD-/Hohlraummodell untersucht.

Die Zahl von LDs: n = 100.
Die Richtungszahl: gerade
Schwellenstrom: I₀ = 10 A.
Erregungsstrom: I = 40 A.
Pumpeffizienz: β₁ = 50%.

Verhältnis von LD-Ausgabe zum Erregungsstrom: α = 40 W/60 A.
In einem Fall, wo alle LDs, die in dem Hohlraum enthalten sind, normal sind, wird eine Hohlraumausgabe aus der Gleichung (3) wie folgt erhalten.
In einem Fall, wo eine LD fehlerhaft ist und ausgeschaltet wird, ist als nächstes ein Erregungsstrom für eine LD, der benötigt wird zum Aufrechterhalten der Hohlraumausgabe, 42,42 A. D. h. im Vergleich mit einem normalen Fall erhöht sich der LD-Erregungsstrom um 2,42 A (42,42 – 40 A = 2,42 A). Die Pumpeffizienz wegen der Richtungsabweichung zu dieser Zeit wird durch Verwenden der Gleichung (5) wie folgt erhalten.
β₃ = 0,47.
Als Nächstes ist in einem Fall, wo der Umlenkungskreis entsprechend der LD, die in der Position vorgesehen ist, die der ausgeschalteten LD zugewandt ist, betrieben wird, um dadurch die erstere LD auszuschalten, der Erregungsstrom für die LD, der zum Unterhalten der Hohlraumausgabe benötigt wird, 41,42 A.
D. h. der Erregungsstrom für die LD wird um 1,42 A (41,42 A – 40 A = 1,42 A) im Vergleich zu dem gewöhnlichen Fall erhöht. Im Vergleich mit einem Fall andererseits, wo die LD, die der ausgefallenen LD zugewandt ist, nicht abgeschaltet wird, wird der Erregungsstrom für die LD um 1 A (41,42 A – 42,42 A = –1 A) verringert. Die Pumpeffizienz wegen der Richtungsabweichung zu dieser Zeit wird aus der Gleichung (6) wie folgt erhalten.
β₂ = 0,49.
Somit wird herausgefunden, dass im Vergleich mit dem Fall, wo die LD, die die ausgeschalteten LD zugewandt ist, nicht ausgeschaltet wird, die Pumpeffizienz wegen der Richtungsabweichung um 2% (0,47 → 0,49) verbessert wird.
Es ist auch bekannt, dass die Beziehung zwischen der Ausgabe (P) und der Lebensdauer (T) einer LD durch die folgende Gleichung (7) definiert ist.
Es wird nun angenommen, dass die Lebensdauer einer LD 10.000 h bei einem Erregungsstrom von 40 A für die LD ist. In einem Fall, wo die LD, die symmetrisch mit der ausgefallenen LD platziert ist, nicht ausgeschaltet wird, erhöht sich der Strom für die LD von 40 A auf 42,42 A. Wie aus der Gleichung (1) verstanden wird, ist die Ausgabe der LD (I – I₀) proportional. Somit ergibt sich die Lebensdauer der LD wie folgt.
In einem Fall andererseits, wo die LD, die symmetrisch mit der ausgefallenen LD platziert ist, ausgeschaltet wird, erhöht sich der Strom für die LD von 40 A auf 41,42 A. Somit ergibt sich die Lebensdauer der LD wie folgt.
Im Vergleich mit dem Fall, wo die LD, die symmetrisch mit der ausgefallenen LD platziert ist, nicht ausgeschaltet wird, wird deshalb die Lebensdauer der LD um 716 h (8826 h – 8110 h = 716 h) verlängert. Folglich wird ein Vorteil einer Erhöhung der Lebensdauer um ein Verhältnis von ungefähr 9% erhalten.
Auch ist ein Ergebnis des Vergleichs im Leistungsverbrauch dazwischen wie folgt. In einem Fall, wo die LD, die symmetrisch mit der ausgefallenen LD platziert ist, nicht ausgeschaltet wird, ist die Zahl von LDs 99. Die EIN-Spannung der LD ist 1,8 V. Der Strom für die LD ist 42,42 A. Somit ergibt sich der Leistungsverbrauch in diesem Fall durch die folgende Gleichung. 99 × 1,8 × 42,42 = 7527 W.
In einem Fall andererseits, wo die LD, die symmetrisch mit der ausgefallenen LD platziert ist, ausgeschaltet wird, ist die Zahl von LDs 98. Die EIN-Spannung der LD ist 1,8 V. Der Strom für die LD ist 41,42 A. Somit ergibt sich der Leistungsverbrauch in diesem Fall durch die folgende Gleichung. 98 × 1,8 × 41,42 = 7257 W.
Somit wird eine Leistung von ungefähr 270 W eingespart. Folglich wird ein Vorteil einer Reduzierung elektrischer Leistung um ein Verhältnis von ungefähr 4% erhalten.
Wie oben beschrieben, ist der LD-gepumpte Festkörperlaseroszillator versehen mit der Erfassungsschaltung, die angepasst ist, einen Fehler der LD zu erfassen, dem Umlenkungskreis, der angepasst ist, einen elektrischen Strom, der in der LD fließt, umzulenken, der LD-Kurzschlusssteuereinheit, die angepasst ist, den Umlenkungskreis gemäß einem Signal zu steuern, das von der Erfassungsschaltung gesendet wird, und auch angepasst, eine vorbestimmte LD kurzzuschließen. Selbst in einem Fall, wo ein Fehler der LD auftritt und wo eine Verringerung in der Pumpeffizienz wegen der Richtungsabweichung in dem Festkörperpumpmedium verursacht wird, kann somit die Richtungsabweichung korrigiert werden und die Pumpeffizienz kann gesteigert werden durch Veranlassen des Umlenkungskreises, entsprechend der vorbestimmten LD gemäß der Position der ausgefallenen LD zu arbeiten, und durch Ausschalten der vorbestimmten LD. Folglich kann eine Erhöhung in einer Leistung, die der LD zugeführt wird, die bewirkt wird, um die ursprüngliche Laserausgabe zu erhalten, unterdrückt werden. Auch kann die Lebensdauer der LDs erhöht werden. Außerdem kann der Leistungsverbrauch der LDs reduziert werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Der LD-gepumpte Festkörperlaseroszillator gemäß der Erfindung ist besonders für einen Laseroszillator geeignet, der viele LDs haben muss, die als Pumplichtquellen dienen, und für einen Laseroszillator, der eine Vielzahl von Hohlräumen verbinden muss.

Claims

Mit Laserdioden gepumpter Festkörper-Laseroszillator, umfassend: ein Festkörper-Pumpmedium (7); mehrere Laserdioden (6a bis 6j), die um das Festkörper-Pumpmedium (7) angeordnet sind zum Aussenden von Pumpstrahlung an das Festkörper-Pumpmedium (7); mehrere mit den Laserdioden (6a bis 6j) jeweils verbundene Erfassungsschaltungen (13a bis 13j) zum jeweiligen Erfassen eines Fehlers einer der mehreren Laserdioden (6a bis 6j); mehrere Umlenkkreise (15a bis 15j), die mit jeweiligen Laserdioden (6a bis 6j) verbunden und dazu eingerichtet sind, die jeweiligen Laserdioden wahlweise zu umgehen; mehrere Steuerschaltungen (14a bis 14j), die den Laserdioden (13a bis 13j) jeweils zugeordnet sind und dazu eingerichtet sind, Treibersignale an jeweils zugeordnete Umlenkkreise (15a bis 15j) zu liefern; ein Bestimmungsteil (8), welches nach Erfassung eines Fehlers einer Laserdiode (6a bis 6j) von einer Erfassungsschaltung (13a bis 13j) ein Fehlersignal empfängt zum Bestimmen der Position der Laserdiode (6a bis 6j), welche fehlerhaft ist; und ein Steuerteil (9), welches entsprechend der von dem Bestimmungsteil (8) empfangenen Information über die Position der jeweils fehlerhaften Laserdiode (6a bis 6j) Steuersignale an die Steuerschaltung (14a bis 14j) ausgibt, die der jeweils fehlerhaften Laserdiode (6a bis 6j) zugeordnet ist, sowie an andere Steuerschaltungen (14a bis 14j) insoweit, dass zumindest ein Teil der nicht fehlerhaften Laserdioden (6a bis 6j) abgeschaltet wird, die in einer gleichen Ebene angeordnet sind wie die fehlerhafte Laserdiode (6a bis 6j), wobei diese Ebene senkrecht zu einer zentralen Achse (10) des Festkörper-Pumpmediums (7) verläuft.
Festkörper-Laseroszillator nach Anspruch 1, bei welchem das Steuerteil (9) dafür eingerichtet ist, eine nicht fehlerhafte Laserdiode (6a bis 6j) abzuschalten, die gegenüber einer fehlerhaften Laserdiode angeordnet ist.
Festkörper-Laseroszillator nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Steuerteil (9) dafür eingerichtet ist, die fehlerhafte Laserdiode (6a bis 6j) und zusätzlich alle anderen Laserdioden (6a bis 6j) abzuschalten, welche in der gleichen Ebene wie die fehlerhafte Laserdiode so angeordnet sind, dass sie der fehlerhaften Laserdiode (6a bis 6j) gegenüberliegen.
Festkörper-Laseroszillator nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Steuerteil (9) dafür eingerichtet ist, alle nicht fehlerhaften Laserdioden abzuschalten, die in der gleichen Ebene angeordnet sind wie die fehlerhafte Laserdiode.
Festkörper-Laseroszillator nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Erfassungsschaltungen (13a bis 13j) jeweils zwischen Elektroden der jeweils zugeordneten Laserdioden (6a bis 6j) angeordnet sind und einen Fehler einer Laserdiode entsprechend der Spannung zwischen den Elektroden der Laserdiode erfassen.
Festkörper-Laseroszillator nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Umlenkkreise (15a bis 15j) durch die jeweiligen Steuerschaltungen (14a bis 14j) ansteuerbar sind.
Festkörper-Laseroszillator nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Leistungssensor (17) zum Erfassen der Leistung eines von dem Festkörper-Medium (7) ausgesendeten Laserstrahls (5) und eine Leistungssteuereinheit (18) zum Einstellen des tatsächlichen Wertes der Leistung des ausgesendeten Laserstrahls (5) auf einen gewünschten Ausgabewert.
Festkörper-Laseroszillator nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend mehrere Hohlräume, die jeweils eine Kombination aus einem Festkörper-Pumpmedium (7) und mehreren Laserdioden (6a bis 6j) umfassen und längs einer gemeinsamen optischen Achse (10) eines Laserstrahls angeordnet sind zur Bildung einer Laserstrahl-Ausgabeeinrichtung.
Mit einer Laserdiode gepumpter Festkörper-Laseroszillator, umfassend: ein Festkörper-Pumpmedium (7); mehrere Laserdioden (6a bis 6j) zum Aussenden von Pumpstrahlung an das Festkörper-Pumpmedium (7), wobei die Laserdioden (6a bis 6j) um das Festkörper-Pumpmedium (7) in mehreren Ebenen (S) angeordnet sind, die jeweils senkrecht zu einer zentralen Achse des Festkörper-Pumpmediums (7) verlaufen; mit den Laserdioden (6a bis 6j) jeweils verbundene Erfassungsschaltungen (13a bis 13j) zum jeweiligen Erfassen einer fehlerhaften Laserdiode aus den mehreren Laserdioden (6a bis 6j) und zum Ausgeben eines jeweiligen Fehlersignals; ein Bestimmungsteil (8) zum Bestimmen der jeweiligen Position einer fehlerhaften Laserdiode aus den mehreren Laserdioden (6a bis 6j); und ein Steuerteil (9) zum Steuern der Abschaltung der fehlerhaften Laserdiode aus den mehreren Laserdioden (6a bis 6j) und von mindestens einem Teil von weiteren Laserdioden (6a bis 6j), die in der jeweils gleichen Ebene (S) angeordnet sind wie die fehlerhafte Laserdiode.
Festkörper-Laseroszillator nach Anspruch 9, bei welchem das Steuerteil (9) eingerichtet ist zur Abschaltung der fehlerhaften Laserdiode aus den Laserdioden (6a bis 6j) und einer weiteren Laserdiode, die der fehlerhaften Laserdiode gegenüberliegt.
Festkörper-Laseroszillator nach Anspruch 9, bei welchem das Steuerteil (9) eingerichtet ist zur Abschaltung der fehlerhaften Laserdiode aus den Laserdioden (6a bis 6j) und weiterer Laserdioden, die der fehlerhaften Laserdiode gegenüberliegen.
Festkörper-Laseroszillator nach Anspruch 9, bei welchem das Steuerteil (9) eingerichtet ist zur Abschaltung der fehlerhaften Laserdiode (20) und aller weiteren Laserdioden (6a bis 6j), welche in der jeweils gleichen Ebene (S) angeordnet sind wie die fehlerhafter Laserdiode.
Verfahren zum Steuern von Laserdioden eines hiermit gepumpten Festkörper-Laseroszillators, welcher ein Festkörper-Pumpmedium (7) und mehrere Laserdioden (6a bis 6j) umfasst, die um das Festkörper-Pumpmedium (7) angeordnet sind zum Aussenden von Pumpstrahlung an das Festkörper-Pumpmedium (7), wobei das Verfahren umfasst: Erfassen eines Fehlers einer (20) der mehreren Laserdioden (6a bis 6j) mittels mehrerer mit den Laserdioden (6a bis 6j) jeweils verbundenen Erfassungsschaltungen (13a bis 13j); wahlweise Umgehen der jeweiligen Laserdioden (6a bis 6j) durch Umlenkkreise (15a bis 15j), die mit jeweiligen Laserdioden (6a bis 6j) verbunden sind; Liefern von Treibersignalen an die jeweils zugeordneten Umlenkkreise (15a bis 15j) mittels mehrerer Steuerschaltungen (14a bis 14j), die den Laserdioden (13a bis 13j) jeweils zugeordnet sind; nach Erfassung eines Fehlers einer Laserdiode (6a bis 6j) durch eine Erfassungsschaltung (13a bis 13j) Bestimmen der Position der Laserdiode (6a bis 6j), welche fehlerhaft ist; und Ausgeben von Steuersignalen durch ein Steuerteil (9), welches entsprechend der von dem Bestimmungsteil (8) empfangenen Information über die Position der jeweils fehlerhaften Laserdiode (6a bis 6j) an die Steuerschaltung (14a bis 14j), die der jeweils fehlerhaften Laserdiode (6a bis 6j) zugeordnet ist, sowie an andere Steuerschaltungen (14a bis 14j) insoweit, dass zumindest ein Teil der nicht fehlerhaften Laserdioden (6a bis 6j) abgeschaltet wird, die in einer gleichen Ebene angeordnet sind wie die fehlerhafte Laserdiode (6a bis 6j), wobei diese Ebene senkrecht zu einer zentralen Achse (10) des Festkörper-Pumpmediums (7) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem das Steuerteil (9) eine nicht fehlerhafte Laserdiode (6a bis 6j) abschaltet, die gegenüber einer fehlerhaften Laserdiode angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem das Steuerteil (9) die fehlerhafte Laserdiode (6a bis 6j) und zusätzlich alle weiteren Laserdioden (6a bis 6j) abschaltet, welche in der gleichen Ebene wie die fehlerhafte Laserdiode so angeordnet sind, dass sie der fehlerhaften Laserdiode (6a bis 6j) gegenüberliegen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem das Steuerteil (9) die fehlerhafte Laserdiode (6a bis 6j) und zusätzlich alle weiteren Laserdioden (6a bis 6j) abschaltet, welche in der gleichen Ebene wie die fehlerhafte Laserdiode so angeordnet sind wie die fehlerhafte Laserdiode (6a bis 6j).