JP2000114626A - パルスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力かつ高指向性なパルスレーザ装置を得
る。 【解決手段】 基準信号発生装置２１により発生される
基準信号２２を設定部１９に入力し、この基準信号２２
を基準にして、レーザ発振制御装置１８によりレーザ発
振開始時刻を指令する制御信号２０を発生し、設定部１
９の設定を変えることにより、制御信号２０を調整し、
この制御信号２０を各励起レーザ装置１に出力する。各
励起レーザ装置１は、この制御信号２０により設定され
た所定の時刻にレーザ発振を起こす。レーザ光１６の強
度が最大になるように、設定部１９により各励起レーザ
装置１（Ａ〜Ｅ）のレーザ発振開始時刻を調整する。こ
の際、設定を行う光ファイバ７の番号（Ａ〜Ｅ）をその
設定部１９の近くに表示すると、視覚的に設定部１９と
光ファイバ７の対応が分かるので、設定部１９の操作の
ミスを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、光増幅
を利用して高出力かつ高指向性なレーザ光を得るパルス
レーザ装置に関するもので、詳しくは、レーザ多段増幅
装置を構成する各増幅器に入射する光ビームのレーザ発
振開始時刻およびパルス幅を制御する手段に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】（１）従来技術の構成 発振器と複数個の増幅器により構成されるレーザ多段増
幅装置は、発振器により発生された指向性の良いレーザ
光を光増幅により高出力のレーザ光にできるため、穴あ
け、溶接、切断等の加工や同位体分離等の光化学反応に
用いることができる。特に、パルス発振を行う銅蒸気レ
ーザを励起源とした色素レーザ多段増幅装置は、ｋＷ級
の高出力かつ高指向性レーザ光を得ることができ、レー
ザ同位体分離等に適用されている。

【０００３】図１２は、例えば、特開平８−９７４９３
号公報に記載された従来の色素レーザ多段増幅システム
の構成を簡略化して示すものである。図１２において、
１はパルス発振を行う銅蒸気レーザ装置等の励起レーザ
装置であり、最大１００ｍｍ程度の大口径ビームを発生
する。２はレーザから出射された励起レーザ光、３は励
起レーザ光２を複数のビームに分割かつ集光するレンズ
アレイ等により構成した光分割器、４は分割かつ集光さ
れた光ビーム、５は光ビーム４を光ファイバ入射口に入
れる光結合装置、６は光ビーム４を入射する光ファイバ
入射口、７は光ファイバ入射口６に入射した光ビームを
色素レーザ多段増幅装置８まで伝送する複数の光ファイ
バ、９は指向性の良いレーザ光を発生する発振器、１０
〜１３は発振器から出射されるレーザ光を光増幅する４
個の増幅器である。１０は第１段目の増幅器、１１は第
２段目の増幅器、１２は第３段目の増幅器、１３は第４
段目の増幅器である。１４は光ファイバから出射される
光ビーム、１５は光ビーム１４を発振器９ないしは増幅
器１０〜１３に照射する１枚ないしは複数の光学部品で
構成した転写光学系、１６は光増幅された色素レーザ光
である。 図１３は、光結合装置に用いた分割器の一例
としての矩形状のレンズアレイの構成図であり、矩形の
集光レンズをＸ方向に５個、Ｙ方向に５個並べて構成し
た場合を示している。１７はレンズアレイを構成するエ
レメントであり、エレメントの１辺の長さは２０ｍｍ程
度で、１つのエレメントを通過したビームが１本の光フ
ァイバに入射される。

【０００４】（２）従来技術の動作 次に上記従来例の動作について説明する。励起レーザ装
置１から出射された励起レーザ光２を光分割器３により
複数の光ビーム４に分割して集光する。この光ビーム４
を光結合装置５により光ファイバ入射口６から複数の光
ファイバ７に入射する。光ファイバ７から出射された光
ビーム１４を転写光学系１５により縮小し、増幅器１０
〜１３の色素溶液が流れている領域に照射する。このレ
ーザ光は色素溶液中の色素分子にエネルギーを与えて上
記色素分子を励起する。この際、発振器９で発生した高
指向性なレーザ光を順次増幅器１０〜１３に通過させる
と、上記色素分子のエネルギーを吸収しながら光増幅が
起こり、パルス発振を行う高指向性な色素レーザ光１６
を発生することができる。

【０００５】ここで、レーザ出力が数１００Ｗ〜ｋＷ級
の色素レーザ多段増幅装置において最大のレーザ出力を
得るためには、１段目から４段目の増幅器１０〜１３に
入射する光ビームの強度を、図１４で示す強度割合に設
定する必要がある。第１段目の増幅器１０に入射するレ
ーザ出力を１とおくと、第２段目の増幅器１１により３
倍、第３段目の増幅器１２により６倍、第４段目の増幅
器１３により１０倍となり、増幅器１０〜１３で用いる
全レーザ強度は２０倍（＝１＋３＋６＋１０）となる。
よって、光分割器３により分割するビーム数は２０本の
倍数となる。なお、ビーム分割数を多くすると高価な光
ファイバ等の部品コストが高くなるので、最適なビーム
分割数は２０本程度となる。例えば、円形ビームに対し
て図１３に示すレンズアレイを用いて、かつ、レンズア
レイの角に当たる上下端部の４カ所のエレメントを使用
しない場合、全エレメントの個数は２１個となり、上記
の最適なビーム分割数に近い条件を得ることできる。

【０００６】また、パルス的に発振しているレーザ光を
効率よく光増幅するために、各増幅器へ照射する光ビー
ムのパルス波形（パルス幅）をほぼ等しく、かつ、色素
レーザ光１６が増幅器を通過する同じ時刻に光ビームを
その増幅器に入射する必要がある。通常は、光ファイバ
の長さを調整することにより、各増幅器の光ビームのパ
ルス幅および光ビームと色素レーザ光のパルスタイミン
グを合わせている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】（１）従来技術の問題
点 以上のような従来のパルスレーザ装置においては、励起
レーザ装置として銅蒸気レーザ装置を用いた場合、ヘリ
ウムやネオン等の気体を用いて放電によりレーザ発振を
起こす。特に、縦放電型の銅蒸気レーザ装置では、放電
管の周辺部から中央部に向かって放電が発生するため、
光ビームの強度、レーザ発振開始時刻およびレーザ発振
時間（パルス幅）が空間的分布を有する。ここで、気体
のガス圧力や銅蒸気量等のレーザ媒質の条件が変わる
と、上記のレーザ特性が変化する。例えば、銅蒸気レー
ザ装置の場合、ガス圧力が数１０Ｔｏｒｒ変化するとレ
ーザ発振開始時刻ないしはパルス幅は数１０ｎｓ変化す
る。また、複数の銅蒸気レーザ装置で構成したレーザ多
段増幅装置を励起レーザ装置１として用いた場合、各増
幅器を通過するレーザ光の位置が変わると、最終段の増
幅器から出射されるレーザ特性が変化する。よって、レ
ンズアレイの各エレメントを通過し、色素レーザ多段増
幅装置を構成する各増幅器へ照射される光ビームのパル
ス立ち上がり時刻とパルス幅が変化する。この際、各増
幅器に入射される光ビームと光増幅される色素レーザ光
のパルスタイミングがずれ、全ての増幅器のパルス幅が
等しくならなくなる。このため、色素レーザ多段増幅装
置により高効率的に光増幅を行うことができないという
問題点があった。

【０００８】また、光ファイバの切断により光ファイバ
長（ファイバ内のレーザ光の伝播時間：約２０ｃｍ／ｎ
ｓ）を変えて、各増幅器に入射される光ビームのパルス
立ち上がり時刻を調整することができるが、切断した光
ファイバ端面を研磨する必要があり、切断および取り付
けに過大の時間を要するという問題点があった。

【０００９】また、別の１個の光ファイバを継ぎ足すこ
とにより増幅器への光ビーム１４の伝送時間を長くでき
るが、この際、２つの光ファイバの接続部により光ビー
ム１４が効率良く伝送することが難しいため、レーザ強
度が低下するという問題があった。

【００１０】（２）発明の目的 この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、励起レーザ装置を複数のレーザ装置により
構成し、各励起レーザ装置のレーザ発振開始時刻を設定
するレーザ発振制御装置を設けることにより、レーザ多
段増幅装置を構成する各増幅器へ照射される光ビームと
光増幅される色素レーザ光のパルスタイミングを合わせ
て、各増幅器に入射される光ビームのパルス幅を等しく
して、高出力かつ安定なパルスレーザ装置を得ることを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るパ
ルスレーザ装置は、励起レーザ光を出射する複数の励起
レーザ装置と、前記励起レーザ光を光ファイバ入射口に
入射する光結合装置と、前記光ファイバ入射口に入射さ
れた励起レーザ光を伝送する複数の光ファイバと、発振
器と複数の増幅器により構成されたレーザ多段増幅装置
と、前記光ファイバから出射された光ビームを前記増幅
器に照射する１つ以上の光学部品で構成される転写光学
系１５とを備えるものである。

【００１２】請求項２の発明に係るパルスレーザ装置
は、基準信号発生装置により発生された基準信号に基づ
き、前記各励起レーザ装置のレーザ発振開始時刻を指令
する制御信号の発生時間を調整する設定部を有するレー
ザ発振制御装置を備えるものである。

【００１３】請求項３の発明に係るパルスレーザ装置
は、前記設定部の近くに、光ファイバの番号ないしは励
起レーザ装置の番号を表示したものである。

【００１４】請求項４の発明に係るパルスレーザ装置
は、前記設定部の近くに、増幅器の番号を表示したもの
である。

【００１５】請求項５の発明に係るパルスレーザ装置
は、前記設定部の近くに、光ファイバの番号と増幅器の
番号を同時に表示したものである。

【００１６】請求項６の発明に係るパルスレーザ装置
は、前記励起レーザ装置を、複数の固体レーザ装置によ
り構成したものである。

【００１７】請求項７の発明に係るパルスレーザ装置
は、前記固体レーザ装置のレーザ媒質にＹＡＧを用いた
ものである。

【００１８】請求項８の発明に係るパルスレーザ装置
は、前記固体レーザ装置の励起レーザ媒質にＹＡＧを用
いて、前記励起レーザ装置により発生されたレーザ発振
波長を波長変換するための波長変換素子を設けたもので
ある。

【００１９】請求項９の発明に係るパルスレーザ装置
は、前記光結合装置が、前記励起レーザ装置の所定配列
に対応した配列からなる単一集光光学系から構成され、
前記各光ファイバ入射口が前記集光光学系の集光点に配
置されるものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面について説明する。

【００２１】実施の形態１．図１は、この発明の実施の
形態１に係るパルスレーザ装置の構成図である。このパ
ルスレーザ装置は５台の励起レーザ装置１を使用し、縦
方向に配置した場合であり、各増幅器に用いる光ファイ
バ７の本数を、増幅器（ＡＭＰ１）１０で１本、増幅器
（ＡＭＰ２）１１で１本、増幅器（ＡＭＰ３）１２で１
本、増幅器（ＡＭＰ４）１３で２本とした。１８はレー
ザ発振制御装置、１９は設定部、２０は制御信号、２１
は基準信号発生装置、２２は基準信号、２３は例えばＡ
〜Ｅの記号で表した光ファイバの番号である。図１で
は、これらの番号を複数の設定部１９の下側に記号を配
置した場合を示すが、上側ないしは左右側に配置しても
よい。

【００２２】なお、上述の説明では、光ファイバ７に番
号を付ける場合を述べたが、励起レーザ装置１と光ファ
イバ７は１対１に対応しているので、図１に示すように
励起レーザ装置１に番号を付けてもよい。

【００２３】次に、この実施の形態１の動作について説
明する。図１により、基準信号発生装置２１により発生
される基準信号２２を設定部１９に入力する。この基準
信号２２を基準にして、レーザ発振制御装置１８により
レーザ発振開始時刻を指令する制御信号２０を発生し、
設定部１９の設定を変えることにより、制御信号２０を
調整し、この制御信号２０を各励起レーザ装置１に出力
する。各励起レーザ装置１はこの制御信号２０により設
定された所定の時刻にレーザ発振を起こす。設定部１９
は、電気的ないしは光学的な回路により構成される。

【００２４】ここで、各増幅器１０〜１３へ照射される
光ビームのパルスタイミングがずれた場合、レーザ光１
６の強度が低下するので、レーザ光１６の強度が最大に
なるように、設定部１９により各励起レーザ装置１（Ａ
〜Ｅ）のレーザ発振開始時刻を調整する。

【００２５】以下に、この手順を述べる。まず、レーザ
光１６を測定するため、図示しないパワーメータ等のレ
ーザ強度検出器をレーザ多段増幅装置８の最終段の増幅
器１３の出射口に配置し、これにレーザ多段増幅装置８
から出射されるレーザ光１６を入射する。次に、前段の
増幅器から順次後段の増幅器の設定部１９の調整を行
う。増幅器１０の調整時に、増幅器１１、増幅器１２と
増幅器１３に光ビームを供給する励起レーザ装置の運転
を停止して各増幅器に入射する光ビームを遮断する。設
定部１９（Ｅ）によりＡＭＰ１に対応する励起レーザ装
置１（Ｅ）のレーザ発振開始時刻を前後に変化させて、
レーザ光１６の強度が最大になるように調整する。その
後、以下の手順を繰り返す。増幅器１１の調整時に、上
記と同様に、増幅器１２と増幅器１３に入射する光ビー
ムを遮断する。設定部１９（Ｄ）により増幅器１１に対
応する励起レーザ装置１（Ｄ）のレーザ発振開始時刻を
前後に変化させて、レーザ光１６の強度が最大になるよ
うに調整する。増幅器１２の調整時に、増幅器１３に入
射する光ビームを遮断する。設定部１９（Ｃ）により増
幅器１２に対応する励起レーザ装置１（Ｃ）のレーザ発
振開始時刻を前後に変化させて、レーザ光１６の強度が
最大になるように調整する。最後に、増幅器１３の調整
時に、設定部１９（ＢとＡ）により増幅器１３に対応す
る励起レーザ装置１（ＢとＡ）のレーザ発振開始時刻を
前後に変化させて、レーザ光１６の強度が最大になるよ
うに調整する。例えば、設定部１９（Ｂ）により、レー
ザ光の強度が最大となるように設定した後、設定部１９
（Ａ）により、レーザ光の強度が最大となるように調整
する。

【００２６】同型の励起レーザ装置を用いた場合、各励
起レーザ光２のパルス幅は等しい。よって、レーザ発振
制御装置１８の設定部１９の調整を行い、各励起レーザ
光２が所定の増幅器まで伝送される時間を一致させるこ
とにより、各増幅器のパルス波形（パルス幅）を等しく
することができる。また、同型の励起レーザ装置を用い
た場合、保守の点で部品の交換が容易になる。

【００２７】また、図１に示すように、設定を行う光フ
ァイバ７の番号（Ａ〜Ｅ）をその設定部の近くに表示す
ると、視覚的に、設定部１９と光ファイバ７の対応が分
かるので、設定部の操作のミスを防止できる。

【００２８】以上のように、本実施の形態１によれば、
励起レーザ装置１を複数のレーザ装置１（Ａ〜Ｅ）によ
り構成し、各励起レーザ装置１（Ａ〜Ｅ）のレーザ発振
開始時刻を設定するレーザ発振制御装置を設けることに
より、レーザ多段増幅装置を構成する各増幅器１０〜１
３へ照射される光ビーム１４と光増幅される色素レーザ
光１６のパルスタイミングを合わせて、各増幅器１０〜
１３に入射される光ビーム１４のパルス幅を等しくする
ことができるので、高出力かつ高指向性なパルスレーザ
装置を得ることができる。

【００２９】また、設定を行う光ファイバ７の番号をそ
の設定部１９の近くに表示すると、視覚的に、設定部１
９と光ファイバ７の対応が分かるので、設定部１９の操
作ミスを防止できる。

【００３０】なお、上記実施の形態１では、パルスレー
ザ装置として、色素レーザ多段増幅装置に対して説明し
たが、例えば、複数の光ファイバ７を用いたレーザ加工
装置やレーザ医療装置であってもよく、上記と同様の効
果を奏する。

【００３１】また、上記実施の形態１では、光ビーム１
４を各増幅器の片側から照射した場合に対して説明した
が、光ビーム１４を各増幅器１０〜１３の両側から照射
した場合でも、上記と同様の効果を奏する。

【００３２】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２によるパルスレーザ装置の構成図である。図２で
は、レーザ発振制御装置１８、基準信号発生装置２１お
よび励起レーザ装置１以外の部分は図１と同様であるた
め省略した。２４は、例えば、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の記
号で示した各増幅器の番号である。図２４では、これら
の番号を複数の設定部１９の下側に記号を配置した場合
を示しているが、上側ないしは左右に配置してもよい。

【００３３】次に、この実施の形態２の動作について説
明する。各励起レーザ装置に対するレーザ発振制御装置
１８の設定の手順は、上記実施の形態１と同様であるの
で、説明を省略する。図１で述べた光ファイバ７の番号
２３と同様に、設定を行う増幅器１０〜１３の番号２４
をその設定部１９の近くに表示すると、これらの番号に
より設定部１９と増幅器１０〜１３の対応が分かるの
で、設定部１９の操作のミスを防止できる。なお、設定
する光ファイバ７の番号および増幅器１０〜１３の番号
を設定部１９の近くに表示してもよい。

【００３４】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、設定を行う増幅器１０〜１３の番号をその設定部１
９の近くに表示することにより、視覚的に、設定部１９
と光ファイバ７の対応が分かるので、設定部１９の操作
ミスを防止できる。

【００３５】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３によるパルスレーザ装置の構成図である。この実
施の形態３は、例えば２５台の励起レーザ装置１を用い
て、縦方向に５台、横方向に５台配置した場合である。
図３では、レーザ発振制御装置１８、基準信号発生装置
２１および励起レーザ装置１以外の部分は図１と同様で
あるので省略した。２３は、Ａ〜Ｅおよび１〜５の記号
の組み合わせ（例えば、Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５、Ｃ１
〜Ｃ５、Ｅ１〜Ｅ５）で示す光ファイバの番号である。
図３では、これらの番号を複数の設定部１９の左側およ
び下側に記号を配置した場合を示すが、上側ないしは左
右に配置してもよい。

【００３６】なお、上記説明では、光ファイバに番号を
付ける場合を述べたが、励起レーザ装置１と光ファイバ
は１対１に対応しているので、図３に示すように、励起
レーザ装置１に番号を付けてもよい。

【００３７】次に、この実施の形態３の動作について説
明する。各励起レーザ装置１に対するレーザ発振制御装
置１８の設定の手順は、上記実施の形態１と同様である
ので、説明を省略する。

【００３８】図３では、２次元的に配置した励起レーザ
装置１から出射される各励起レーザ光２を伝送する光フ
ァイバの番号２３を、設定を行う設定部１９の左側と下
側に表示する。この際、設定部１９に表示する光ファイ
バの番号２３と光ファイバの配置（Ａ１〜Ｅ５）を対応
して表示する。

【００３９】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、励起レーザ装置１を２次元的に配置した場合、設定
を行う光ファイバの番号をその設定部１９の近くに２次
元的に表示することにより、視覚的に、設定部１９と光
ファイバの対応が分かるので、設定部１９の操作ミスを
防止できる。

【００４０】実施の形態４．図４は、この発明の実施の
形態４によるパルスレーザ装置の構成図である。この実
施の形態４では、励起レーザ装置１の台数が２０台で、
図４に示したように、２０本の光ファイバを用いた場合
であり、各増幅器に用いる光ファイバ本数をＡＭＰ１で
２本、ＡＭＰ２で４本、ＡＭＰ３で６本、ＡＭＰ４で１
０本とした場合である。２４は、例えば、ＡＭＰ１〜Ａ
ＭＰ４の記号で示す増幅器の番号である。図４では、こ
れらの番号を複数の設定部１９の上側に記号を配置した
場合を示すが、下側に配置してもよい。

【００４１】図５は、この実施の形態４の他のパルスレ
ーザ装置の構成図である。図４により述べたように、２
０本の光ファイバを用いる場合であり、設定部１９を１
列ないしは複数列に配置し、その設定部１９の左側に、
１個のＡＭＰ１からＡＭＰ４の記号を表示した。図４で
は、これらの番号を複数の設定部１９の左側に記号を配
置した場合を示すが、右側ないしは上下側に配置しても
よい。

【００４２】図４では、２次元的に配置した励起レーザ
装置１から出射される励起レーザ光２を入射する増幅器
の番号２４を、設定を行う設定部１９の上側に表示す
る。この際、各増幅器に対応する設定部１９を１列に配
置し、各々の設定部１９に１個の増幅器の番号を表示す
る。

【００４３】図５では、２次元的に配置した励起レーザ
装置１から出射される励起レーザ光２を入射する増幅器
の番号２４を、設定を行う設定部１９の右側に表示す
る。この際、各増幅器に対応する設定部１９を１群（１
列ないしは複数の列）に配置し、１群の設定部１９に１
個の増幅器の番号を表示する。

【００４４】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、励起レーザ装置を２次元的に配置した場合、設定を
行う増幅器の番号をその設定部１９の近くに２次元的に
表示することにより、視覚的に、設定部１９と光ファイ
バの対応が分かるので、設定部の操作ミスを防止でき
る。

【００４５】実施の形態５．図６は、この発明の実施の
形態５によるパルスレーザ装置の構成図である。この実
施の形態５は、図５により示した設定部１９に表示する
増幅器の番号２４に加えて、図４に示した光ファイバの
番号２３（Ａ１〜Ｅ２）を各設定部１９の上側に表示し
た場合である。図６では、これらの番号を複数の設定部
１９の上側に記号を配置した場合を示すが、下側ないし
は左右側に配置してもよい。

【００４６】図６では、２次元的に配置した励起レーザ
装置１から出射される励起レーザ光２を入射する増幅器
の番号２４を、設定を行う設定部１９の右側に表示す
る。同時に、励起レーザ光２を伝送する光ファイバの番
号２３を、設定を行う設定部１９の上側に表示する。こ
の際、増幅器の番号２４は、図５と同様に表示し、各々
の設定部１９に１個の光ファイバの番号２３を表示す
る。

【００４７】実施の形態６．図７は、この発明の実施の
形態６によるレーザ装置の構成図である。この実施の形
態６では、励起レーザ装置１として用いる固体レーザ装
置以外の部分は図１と同様であるので、１個の励起レー
ザ装置１以外の部分は省略した。図７では、例えば、レ
ーザ媒質の側面から半導体レーザ光を照射する半導体励
起固体レーザ装置を示す。２５は固体レーザ装置、２６
はＹＡＧ（構造式：Ｙ_３Ａ_ｌ５Ｏ_１２）、リサフ（Ｌｉ
ＳｒＡｉＦ_６）、チタンサファイヤ等の結晶を用いたレ
ーザ媒質、２７は半導体レーザ、２８は半導体レーザを
駆動する電源、２９および３０はレーザ光をレーザ媒質
２６内に閉じ込める共振器ミラーであり、２９は発振波
長に対して全反射するミラー、３０は発振波長に対して
部分透過するミラーである。

【００４８】図８と図９は、本実施の形態６による他の
レーザ装置の構成図であり、励起レーザ装置１の以外の
部分は省略した。これらの図８および９において、レー
ザ装置の構成要素２５〜３０は図７とほぼ同様のもので
あり、３１は固体レーザ装置により発生されたレーザ光
の波長を変換する波長変換素子である。例えば、１／２
倍の波長を得る際には、ＫＴＰ（構造式：ＫＴｉＯＰＯ
_４）、ＢＢＯ（ＢａＢ_２Ｏ_４）、ＫＮ（ＫＮｂＯ_３）等
のＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ ＨａｒｍｏｎｉｃＧｅｎｅｒ
ａｔｉｏｎ）結晶が用いられる。図８は、波長変換素子
３１を共振器ミラー３０の外部に置いた場合であり、図
９は、波長変換素子３１を共振器ミラー３０の内部に置
いた場合である。図９において、３２は固体レーザ装置
２５から出射されたレーザ光である。

【００４９】次に、この実施の形態６の動作について説
明する。図７において、図示しない基準信号発生装置２
１とレーザ発振制御装置１８（図１参照）の動作は上記
実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。ま
ず、レーザ発振制御装置１８により発生されたレーザ発
振開始時刻を指令する制御信号２０を半導体レーザ駆動
電源２８に入力する。この信号に従い、半導体レーザ駆
動電源２８から半導体レーザ２７に電力が供給され、半
導体レーザ光が発生する。次に、このレーザ光をＹＡＧ
等により構成したレーザ媒質２６の側面に入射する。こ
のレーザ光はレーザ媒質２６に吸収され、レーザ媒質２
６は吸収したエネルギーを半導体レーザ光とは異なる波
長のレーザ光として放出する。この放出されたレーザ光
を共振器ミラー２９および３０によりレーザ媒質２６内
に閉じ込めて光増幅を行うと同時に、このレーザ光を部
分透過ミラーよりなる共振器ミラー３０側から一部を取
り出すことにより励起レーザ光２を得る。

【００５０】図７では、レーザ媒質２６の側面から半導
体レーザ光を照射する場合について示したが、レーザ媒
質２６の片端に配置した共振器ミラー２９の外側に半導
体レーザ２７を配置し、共振器ミラー２９を通して半導
体レーザ光をレーザ媒質２６に照射してもよい。但し、
この場合、半導体レーザ光が通過するように、半導体レ
ーザ光に対する共振器ミラー２９の透過率を設定する。

【００５１】また、図８および図９において、固体レー
ザ装置２５から出射されたレーザ光３２を波長変換素子
３１に入射する。この際、ＳＨＧを効率よく発生するた
めに、レーザ入射角と波長変換素子３１の温度を調整
し、固体レーザ装置２５から出射されたレーザ光３２の
入射角を波長変換素子３１の位相整合角に合うように設
定する。

【００５２】最近、固体レーザ装置２５と波長変換素子
３１を組み合わせた固体レーザ装置の研究が盛んに行わ
れている。銅蒸気レーザ装置の場合、発振波長は５１０
ｎｍと５７８ｎｍであり、レーザ装置の長さが約３００
０ｃｍの場合に出力５００Ｗ程度のレーザ光が得られる
が、径方向にレーザビーム強度分布を有する欠点があ
る。これに対して、ＹＡＧを用いた固体レーザ装置で
は、発振波長は１０６０ｎｍであり、レーザ媒質長が約
３０ｃｍの場合に、出力１００Ｗ程度の一様なビーム強
度を有するレーザ光を得ることができる。ここで、ＳＨ
ＧにＫＴＰを用いてＹＡＧレーザ光を２倍波変換する場
合の変換効率はほぼ５０％以下であるので、ＹＡＧレー
ザ装置とＳＨＧを組み合わせることにより、発振波長５
３２ｎｍにて５０Ｗのレーザ出力が得られる。従って、
上記の銅蒸気レーザの約５００Ｗ程度までのレーザ出力
を得るには、１０個の半導体励起固体レーザ装置が必要
であるが、装置長さは１／１００となるので、全装置寸
法は１／１０となり、レーザ装置がコンパクトになる。
この際、１０個の半導体励起固体レーザ装置を２次元的
に配置すれば、さらなるコンパクト化を図ることができ
る。

【００５３】なお、可視レーザ光の場合、１本の光ファ
イバに入射できるレーザ出力の最大値は２００Ｗ程度で
あるので、上述した５０Ｗ以下の出力を１個の光ファイ
バに入射することは問題ない。

【００５４】ここで、各増幅器へ照射される光ビームの
パルスタイミングがずれた場合、レーザ光１６の強度が
低下するので、レーザ光１６の強度が最大になるよう
に、設定部１９により各励起レーザ装置１（Ａ〜Ｅ）の
レーザ発振開始時刻を調整する。但し、各増幅器に入射
される光ビームのパルス幅の調整手順は上記実施の形態
１と同様であるので、説明は省略する。同型の固体レー
ザ装置を用いた場合、励起レーザ光２のパルス幅は等し
い。従って、各励起レーザ装置のレーザ発振開始時刻を
レーザ発振制御装置１８により設定し、レーザ多段増幅
装置８を構成する各増幅器へ照射される光ビームと光増
幅される色素レーザ光のパルスタイミングを合わせるこ
とにより、各増幅器に入射される光ビームのパルス幅を
等しくできる。

【００５５】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、励起レーザ装置を複数の固体レーザ装置により構成
し、各励起レーザ装置のレーザ発振開始時刻を設定する
レーザ発振制御装置を設けることにより、レーザ多段増
幅装置を構成する各増幅器へ照射される光ビームと光増
幅される色素レーザ光のパルスタイミングを合わせて、
各増幅器に入射される光ビームのパルス幅を等しくし、
コンパクトでかつ高出力かつ安定なパルスレーザ装置を
得ることができる。

【００５６】実施の形態７．図１０は、この発明の実施
の形態７によるパルスーザ装置に用いる光結合装置の構
成図であり、励起レーザ装置１と光結合装置５以外の部
分は省略した。３３は全反射ミラーであり、これ以外の
構成は上図１の上記実施の形態１と同様である。

【００５７】図１１は、この実施の形態７の光結合装置
５に用いる集光光学系の構成図である。本実施の形態７
の集光光学系は、図３に示した２次元的に配置した励起
レーザ装置の配列に対応して、集光レンズを縦方向に５
個、横方向に５個配置して一体化した場合である。３７
はレンズアレイ、３４は１個の凸レンズ等により構成し
た集光レンズであるが、複数のレンズを組み合わせてる
ことにより集光レンズを構成してもよい。図１１におい
て、３５は集光レンズ３４の固定板、３６は固定板３５
を保持する支持枠である。レーザ多段増幅装置８（図１
参照）を構成する全ての増幅器に必要な光ファイバの本
数により、集光光学系の集光レンズ３４の個数と配置を
決める。

【００５８】なお、図１１には、支持枠３６により集光
レンズ３４を一体化する場合を示したが、上述した図１
３の光分割器３の１例として示したレンズアレイを用い
てもよい。

【００５９】次に、この実施の形態７の動作について説
明する。図１０では、１次元的に５個の集光レンズを一
体化した光結合装置５を用いて、５本の励起レーザ光２
を光ファイバ７に入射する場合を示し、また、各レーザ
装置１（Ａ〜Ｅ）が集光光学系３７より大きい場合を示
す。この際、集光光学系３７の各集光レンズ３４に励起
レーザ光２を直接入射できないので、複数のレーザ装置
１から出射された各励起レーザ光２を１枚ないしは複数
の全反射ミラー３３により集光光学系３７まで伝送す
る。全反射ミラー３３はアルミ蒸着ないしは誘電体蒸着
により製作される。なお、各レーザ装置１（Ａ〜Ｅ）が
集光光学系３７より小さい場合は、集光光学系３７の入
口に複数のレーザ装置１（Ａ〜Ｅ）を配置することがで
き、全反射ミラー３３が不要となる。

【００６０】図１１では、円形の集光レンズ３４を固定
板３５に取り付け、次に、この固定板３５を支持枠３６
に取り付けた場合を示す。集光光学系３７に入射した各
々の励起レーザ光２を集光レンズ３４により集光する。
この集光レンズ３４により集光されたレーザ光４の集光
点に光ファイバ７の入射口６を配置することにより、１
本のレーザ光４を１個の光ファイバ７に入射させる。

【００６１】以上のように、この実施の形態７によれ
ば、複数の集光レンズ３４を一体化した集光光学系３７
を用いて光結合装置５を構成することにより、光結合装
置５がコンパクトになり、コンパクトなパルスレーザ装
置を得ることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、励起
レーザ装置を複数のレーザ装置により構成し、各励起レ
ーザ装置のレーザ発振開始時刻を設定するレーザ発振制
御装置を設けることにより、レーザ多段増幅装置を構成
する各増幅器へ照射される光ビームと光増幅される色素
レーザ光のパルスタイミングを合わせて、各増幅器に入
射される光ビームのパルス幅を等しくして、高出力かつ
安定なパルスレーザ装置を得ることができるものであ
る。

【００６３】また、設定を行う光ファイバの番号ないし
は励起レーザ装置の番号をその設定部の近くに表示する
と、視覚的に、設定部と光ファイバの対応が分かるの
で、設定部の操作ミスを防止することができる。

【００６４】さらに、設定を行う増幅器の番号をその設
定部の近くに表示することにより、視覚的に、設定部と
増幅器に対応する光ファイバの対応が分かるので、設定
部の操作ミスを防止することができる。

【００６５】また、設定を行う光ファイバの番号と増幅
器の番号を設定部の近くに同時に表示することにより、
設定部の操作ミスを確実に防止できる。

【００６６】さらに、励起レーザ装置を複数の固体レー
ザ装置により構成し、各励起レーザ装置のレーザ発振開
始時刻をレーザ発振制御装置により設定することによ
り、レーザ多段増幅装置を構成する各増幅器へ照射され
る光ビームと光増幅される色素レーザ光のパルスタイミ
ングを合わせて、各増幅器に入射される光ビームのパル
ス幅を等しくし、コンパクトでかつ高出力かつ安定なパ
ルスレーザ装置を得ることができる。

【００６７】また、固体レーザ装置の励起レーザ媒質に
ＹＡＧを用いて、励起レーザ装置により発生されたレー
ザ発振波長を波長変換するための波長変換素子を設けた
ので、一様なビーム強度を有するレーザ光を得ることが
でき、装置全体をコンパクトに構成することができる。

【００６８】さらに、光結合装置を、励起レーザ装置の
所定配列に対応した配列からなる単一集光光学系（すな
わち複数の集光レンズを一体化した集光光学系）から構
成することにより、光結合装置がコンパクトになり、コ
ンパクトなパルスレーザ装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１のパルスレーザ装置
の構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態２のパルスレーザ装置
の構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態３のパルスレーザ装置
の構成図である。

【図４】 この発明の実施の形態４パルスレーザ装置の
構成図である。

【図５】 この発明の実施の形態４の他のパルスレーザ
装置の構成図である。

【図６】 この発明の実施の形態５のパルスレーザ装置
の構成図である。

【図７】 この発明の実施の形態６のパルスレーザ装置
の構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態６の他のパルスレーザ
装置の構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態６の他のパルスレーザ
装置の構成図である。

【図１０】 この発明の実施の形態７のパルスーザ装置
に用いる光結合装置の構成図である。

【図１１】 この発明の実施の形態７の光結合装置に用
いる集光光学系の構造図である。

【図１２】 従来の色素パルスレーザ装置の構成を簡略
化して示す図である。

【図１３】 光分割器の１例としてのレンズアレイの構
造図である。

【図１４】 １段目から４段目の増幅器に入射する光ビ
ームの強度割合を示す図である。

【符号の説明】

１ 励起レーザ装置、２ 励起レーザ光、３ 光分割
器、４ レーザ光、５光結合装置、６ 光ファイバ入射
口、７ 光ファイバ、８ レーザ多段増幅装置、９ 発
振器、１０ 増幅器、１１ 増幅器、１２ 増幅器、１
３ 増幅器、１４ 光ビーム、１５ 転写光学系、１６
レーザ光、１８ レーザ発振制御装置、１９ 設定
部、２０ 制御信号、２１ 基準信号発生装置、２２
基準信号、２３ 光ファイバの番号、２５ 固体レーザ
装置、２６ レーザ媒質、２７ 半導体レーザ、２８
半導体レーザ駆動電源、２９、 ３０ 共振器ミラー、
３１波長変換素子、３２ 固体レーザ装置から出射され
たレーザ光、３３ 全反射ミラー、３４ 集光レンズ、
３５ 固定板、３６ 支持枠、３７ 集光光学系。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 美濃和 芳文 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 多田 稔 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA02 AA04 BA06 CA21 5F072 AA03 AB01 AB13 AB20 AC02 HH07 HH08 KK05 KK12 KK24 KK30 PP10 QQ02 SS06 TT12 YY01 YY06

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起レーザ光を出射する複数の励起レー
   ザ装置と、 前記励起レーザ光を光ファイバ入射口に入射する光結合
   装置と、 前記光ファイバ入射口に入射された励起レーザ光を伝送
   する複数の光ファイバと、 発振器と複数の増幅器により構成されたレーザ多段増幅
   装置と、 前記光ファイバから出射された光ビームを前記増幅器に
   照射する１つ以上の光学部品で構成される転写光学系
   と、 を備えることを特徴とするパルスレーザ装置。
2. 【請求項２】 基準信号発生装置により発生された基準
   信号に基づき、前記各励起レーザ装置のレーザ発振開始
   時刻を指令する制御信号の発生時間を調整する設定部を
   有するレーザ発振制御装置を備えることを特徴とする請
   求項１に記載のパルスレーザ装置。
3. 【請求項３】 前記設定部の近くに、光ファイバの番号
   ないしは励起レーザ装置の番号を表示したことを特徴と
   する請求項２に記載のパルスレーザ装置。
4. 【請求項４】 前記設定部の近くに、増幅器の番号を表
   示したことを特徴とする請求項２に記載のパルスレーザ
   装置。
5. 【請求項５】 前記設定部の近くに、光ファイバの番号
   と増幅器の番号を同時に表示したことを特徴とする請求
   項２に記載のパルスレーザ装置。
6. 【請求項６】 前記励起レーザ装置は、複数の固体レー
   ザ装置により構成したことを特徴とする請求項１乃至請
   求項４の何れかに記載のレーザ加工装置。
7. 【請求項７】 前記固体レーザ装置は、レーザ媒質にＹ
   ＡＧを用いたことを特徴とする請求項５に記載のパルス
   レーザ装置。
8. 【請求項８】 前記固体レーザ装置は、励起レーザ媒質
   にＹＡＧを用いて、前記励起レーザ装置により発生され
   たレーザ発振波長を波長変換するための波長変換素子を
   設けたことを特徴とする請求項５に記載のパルスレーザ
   装置。
9. 【請求項９】 前記光結合装置は、前記励起レーザ装置
   の所定配列に対応した配列からなる単一集光光学系から
   構成され、前記各光ファイバ入射口は前記集光光学系の
   集光点に配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求
   項７の何れかに記載のパルスレーザ装置。